新研究豐富酵母基因表達調控提升產物合成效率

華南理工大學食品科學與工程學院教授黃明濤團隊對釀酒酵母中的未折疊蛋白響應元件（UPRE）進行了改造，并應用于基因表達的動態調控。相關成果于4月30日在美國《國家科學院院刊》（PNAS）以“創制UPRE2突變體用于酵母基因的動態調控”（Tailored UPRE2 variants for dynamic gene regulation in yeast）為題發表，華南理工大學為該成果唯一署名單位。

釀酒酵母在生物制造領域被廣泛應用，利用代謝工程手段可以優化其生產性能，實現代謝流向目標產物的有效導向。與剛性增加或減少代謝途徑中關鍵基因表達水平的傳統方法相比，通過響應細胞內外變化進行基因的動態調控，能更有效地協調產物合成與細胞狀態，從而提高產物合成的效率。釀酒酵母中天然存在的響應通路（如，未折疊蛋白響應，UPR），可以感知并應對胞內外的環境變化。

然而，酵母中天然的響應元件在數量和調控靈敏度上難以滿足實際應用需求。為克服這一限制，黃明濤團隊為酵母基因表達創制出多樣化的動態響應調控元件，通過構建一個UPRE2突變庫，并以色蛋白和熒光蛋白融合的報告分子為工具，成功篩選出了性能更優的UPRE2突變體。這些突變體在相關環境變化響應的靈敏度和動態調控基因表達強度方面，表現優于野生型UPRE2。

論文通訊作者黃明濤表示，其團隊通過對突變體的深入分析，首次發現高活性突變體UPRE2m與Hac1之間具有更強的結合親和力，進一步擴展了對未折疊蛋白響應機制的理解。這些UPRE2突變體具有即插即用特性，可與多種啟動子組合。該類元件在應用于關鍵基因的表達調控時，顯著提升了目標產物的產量。

上述研究得到國家重點研發計劃綠色生物制造專項、國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金等項目的資助。

相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2315729121