我所实现甲醇酵母的高效代谢改造

  近日,我所合成生物学与生物催化创新特区研究组(18T6组)周雍进研究员团队在甲醇酵母合成生物学研究中取得新进展,实现了甲醇酵母的高效代谢改造。该团队在甲醇酵母代表菌株毕赤酵母中,构建了基因编辑工具,强化了同源重组从而实现了精确基因编辑,鉴定了染色体基因整合位点并表征了系列不同表达强度的启动子,此外还发展了双因素调控策略调控了脂肪醇生物合成。

  近年来,甲醇生物转化越来越受到广泛关注,毕赤酵母由于能进行高密度发酵,被认为是优良的甲醇生物转化宿主细胞。构建毕赤酵母细胞工厂往往需要系统代谢工程优化与多基因编辑。然而,毕赤酵母代谢工程改造面临三个关键挑战:(1)低同源重组效率制约了精确代谢工程;(2)缺乏基因组整合中性位点限制了稳定菌株构建;(3)缺乏足够启动子限制了多基因表达调控。

  本工作中,该团队针对上述三个挑战,首先强化了毕赤酵母同源重组效率,发现了限制毕赤酵母同源重组修复的关键基因RAD52,其高表达能将单基因编辑效率提升至90%;进一步地,通过对单位点多片段重组修复中多重入侵诱导重排(MIR)动态平衡过程的研究,发现敲除MPH1基因可以使多片段重组效率提升13.5倍。在此基础上,团队还鉴定出46个可用于外源基因整合的中性位点,并在真实摇瓶发酵条件下表征了18个常用启动子的表达谱。最后,团队利用不同中性位点和启动子的表达差异,发展了双因素调控策略,调控了脂肪醇合成效率,使其产量差异能达到30倍(12.6-380 mg/L)。

  该研究建立的毕赤酵母高效基因编辑系统,理论上可以实现毕赤酵母稳定装载超过100个外源基因,并能实现基因表达的精准调控,为毕赤酵母的合成生物学研究提供便利,也为其它非常规酵母代谢工程改造提供借鉴。

  该工作以“Recombination Machinery Engineering Facilitates Metabolic Engineering of the Industrial Yeast Pichia Pastoris”为题,于近日发表在《核酸研究》(Nucleic Acids Research)上,该工作共同第一作者是我所18T6组2018级博士研究生蔡鹏和博士后段兴鹏。该工作得到国家自然科学基金、大连市创新基金、我所科研创新基金等项目的资助。(文/图 蔡鹏)

  文章链接:https://doi.org/10.1093/nar/gkab535 

封面图片来源www.biotechresources.com

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