大連化物所周雍進團隊實現甲醇酵母的高效代謝改造

　　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新特區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進展，實現了甲醇酵母的高效代謝改造。科研人員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，此外還發展了雙因素調控策略調控脂肪醇生物合成。

　　近年來，甲醇生物轉化受到廣泛關注，畢赤酵母由于能進行高密度發酵，被認為是優良的甲醇生物轉化宿主細胞。構建畢赤酵母細胞工廠需要系統代謝工程優化與多基因編輯。然而，畢赤酵母代謝工程改造面臨三個關鍵挑戰：（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定菌株構建；（3）缺乏足夠啟動子限制了多基因表達調控。

　　科研人員針對上述三個挑戰，強化了畢赤酵母同源重組效率，發現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）動態平衡過程的研究，發現敲除MPH1基因可使多片段重組效率提升13.5倍。在此基礎上，科研人員還鑒定出46個可用于外源基因整合的中性位點，并在真實搖瓶發酵條件下表征了18個常用啟動子的表達譜。最后，科研人員利用不同中性位點和啟動子的表達差異，發展了雙因素調控策略，調控脂肪醇合成效率，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，理論上可以實現畢赤酵母穩定裝載超過100個外源基因，并能實現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，也為其它非常規酵母代謝工程改造提供借鑒。

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

構建遺傳操作平臺實現甲醇酵母高效代謝改造