近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所合成生物學(xué)與生物催化創(chuàng)新特區(qū)研究組研究員周雍進(jìn)團(tuán)隊(duì)在甲醇酵母合成生物學(xué)研究中取得進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了甲醇酵母的高效代謝改造?？蒲腥藛T在甲醇酵母代表菌株畢赤酵母中，構(gòu)建了基因編輯工具，強(qiáng)化了同源重組從而實(shí)現(xiàn)了精確基因編輯，鑒定了染色體基因整合位點(diǎn)并表征了系列不同表達(dá)強(qiáng)度的啟動(dòng)子，此外還發(fā)展了雙因素調(diào)控策略調(diào)控脂肪醇生物合成。

　　近年來(lái)，甲醇生物轉(zhuǎn)化受到廣泛關(guān)注，畢赤酵母由于能進(jìn)行高密度發(fā)酵，被認(rèn)為是優(yōu)良的甲醇生物轉(zhuǎn)化宿主細(xì)胞。構(gòu)建畢赤酵母細(xì)胞工廠需要系統(tǒng)代謝工程優(yōu)化與多基因編輯。然而，畢赤酵母代謝工程改造面臨三個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)：（1）低同源重組效率制約了精確代謝工程；（2）缺乏基因組整合中性位點(diǎn)限制了穩(wěn)定菌株構(gòu)建；（3）缺乏足夠啟動(dòng)子限制了多基因表達(dá)調(diào)控。

　　科研人員針對(duì)上述三個(gè)挑戰(zhàn)，強(qiáng)化了畢赤酵母同源重組效率，發(fā)現(xiàn)了限制畢赤酵母同源重組修復(fù)的關(guān)鍵基因RAD52，其高表達(dá)能將單基因編輯效率提升至90%；進(jìn)一步地，通過(guò)對(duì)單位點(diǎn)多片段重組修復(fù)中多重入侵誘導(dǎo)重排（MIR）動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程的研究，發(fā)現(xiàn)敲除MPH1基因可使多片段重組效率提升13.5倍。在此基礎(chǔ)上，科研人員還鑒定出46個(gè)可用于外源基因整合的中性位點(diǎn)，并在真實(shí)搖瓶發(fā)酵條件下表征了18個(gè)常用啟動(dòng)子的表達(dá)譜。最后，科研人員利用不同中性位點(diǎn)和啟動(dòng)子的表達(dá)差異，發(fā)展了雙因素調(diào)控策略，調(diào)控脂肪醇合成效率，使其產(chǎn)量差異能達(dá)到30倍（12.6-380 mg/L）。

　　該研究建立的畢赤酵母高效基因編輯系統(tǒng)，理論上可以實(shí)現(xiàn)畢赤酵母穩(wěn)定裝載超過(guò)100個(gè)外源基因，并能實(shí)現(xiàn)基因表達(dá)的精準(zhǔn)調(diào)控，為畢赤酵母的合成生物學(xué)研究提供便利，也為其它非常規(guī)酵母代謝工程改造提供借鑒。

　　相關(guān)研究成果以Recombination Machinery Engineering Facilitates Metabolic Engineering of the Industrial Yeast Pichia Pastoris為題，發(fā)表在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、大連市創(chuàng)新基金、大連化物所科研創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的資助。

　　論文鏈接

構(gòu)建遺傳操作平臺(tái)實(shí)現(xiàn)甲醇酵母高效代謝改造