近日，中國科學院大連化學物理研究所合成生物學與生物催化創(chuàng)新特區(qū)研究組研究員周雍進團隊在甲醇酵母合成生物學研究中取得新進展，實現(xiàn)了甲醇酵母的高效代謝改造。該團隊在甲醇酵母代表菌株畢赤酵母中，構建了基因編輯工具，強化了同源重組從而實現(xiàn)了精確基因編輯，鑒定了染色體基因整合位點并表征了系列不同表達強度的啟動子，此外還發(fā)展了雙因素調控策略調控了脂肪醇生物合成。
近年來，甲醇生物轉化越來越受到廣泛關注，畢赤酵母由于能進行高密度發(fā)酵，被認為是優(yōu)良的甲醇生物轉化宿主細胞。構建畢赤酵母細胞工廠往往需要系統(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關鍵挑戰(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限制了穩(wěn)定菌株構建；（3）缺乏足夠啟動子限制了多基因表達調控。
構建遺傳操作平臺實現(xiàn)甲醇酵母高效代謝改造
本工作中，該團隊針對上述三個挑戰(zhàn)，首先強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的關鍵基因RAD52，其高表達能將單基因編輯效率提升至90%；進一步地，通過對單位點多片段重組修復中多重入侵誘導重排（MIR）動態(tài)平衡過程的研究，發(fā)現(xiàn)敲除MPH1基因可以使多片段重組效率提升13.5倍。在此基礎上，團隊還鑒定出46個可用于外源基因整合的中性位點，并在真實搖瓶發(fā)酵條件下表征了18個常用啟動子的表達譜。最后，團隊利用不同中性位點和啟動子的表達差異，發(fā)展了雙因素調控策略，調控了脂肪醇合成效率，使其產量差異能達到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)，理論上可以實現(xiàn)畢赤酵母穩(wěn)定裝載超過100個外源基因，并能實現(xiàn)基因表達的精準調控，為畢赤酵母的合成生物學研究提供便利，也為其它非常規(guī)酵母代謝工程改造提供借鑒。
該工作以“Recombination Machinery Engineering Facilitates Metabolic Engineering of the Industrial Yeast Pichia Pastoris”為題，于近日發(fā)表在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上，該工作共同第一作者是大連化物所2018級博士研究生蔡鵬和博士后段興鵬。該工作得到國家自然科學基金、大連市創(chuàng)新基金、大連化物所科研創(chuàng)新基金等項目的資助。
