生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院何亞文課題組在新型代謝產(chǎn)物農(nóng)藥研發(fā)方面取得重要進(jìn)展
近日，國際合成生物學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《ACS Synthetic Biology》在線發(fā)表了上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院何亞文課題組的研究論文《利用一個受群體感應(yīng)調(diào)控的高效溫敏啟動子生物合成新型代謝產(chǎn)物農(nóng)藥吩嗪-1-酰胺》（Identification of a strong quorum sensing- and thermo-regulated promoter for the biosynthesis of a new metabolite pesticide phenazine-1-carboxamide in Pseudomonas strain PA1201）。生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士研究生金子靖為該論文的第一作者，生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院何亞文教授為該論文的通訊作者。該論文通過全基因組轉(zhuǎn)錄組學(xué)測序分析，首次鑒定了一個受群體感應(yīng)機(jī)制調(diào)控的高效溫敏表達(dá)啟動子；利用該啟動子對吩嗪生物合成途徑開展了多輪啟動子編輯和合成生物學(xué)改造，高效合成一種高活性的代謝產(chǎn)物農(nóng)藥吩嗪-1-酰胺；所得高產(chǎn)菌株成功轉(zhuǎn)化給相關(guān)企業(yè)。
農(nóng)藥是全球必需的生產(chǎn)資料，生物農(nóng)藥具有低毒、低殘留和作用靶標(biāo)特異性強(qiáng)等特點，發(fā)展生物農(nóng)藥是踐行綠水青山、食品安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的一項重要途徑。上海交通大學(xué)微生物代謝國家重點實驗室相關(guān)團(tuán)隊長期堅持微生物代謝產(chǎn)物農(nóng)藥研發(fā)。五年前，何亞文團(tuán)隊從重慶郊外水稻根際分離到一株假單胞菌PA1201，強(qiáng)烈抑制一系列植物病原菌的生長。經(jīng)鑒定其中一個代謝產(chǎn)物是吩嗪-1-酰胺（World Journal of Microbiology and Biotechnology, 2016, 32:50）。通過系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，該團(tuán)隊鑒定了合成吩嗪-1-酰胺的關(guān)鍵基因phzH，闡明了吩嗪-1-酰胺生物合成機(jī)理和生物合成關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制（Molecular Microbiology, 2017, 104: 931）。由于PA1201中吩嗪-1-酰胺發(fā)酵效價只有0.08克/升，最適發(fā)酵溫度為28°C，這些因素限制了該代謝物的產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用。
博士研究生金子靖等在上述研究基礎(chǔ)上重新注釋了關(guān)鍵基因phzH的編碼區(qū)和啟動子區(qū)域，發(fā)現(xiàn)phzH啟動子活性低是吩嗪-1-酰胺低產(chǎn)的主要原因。通過RNA轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)了一個受群體感應(yīng)機(jī)制調(diào)控的高效表達(dá)基因rhlI，其啟動子PrhlI在37°C條件下的活性比28°C條件下高2.2倍。利用這個啟動子PrhlI 替換phzH和phz2基因的啟動子，并改造其它參與吩嗪-1-酰胺生物合成基因phz1的啟動子，得到在37°條件下高產(chǎn)吩嗪-1-酰胺的工程菌株UP46。UP46在優(yōu)化的培養(yǎng)基中發(fā)酵效價達(dá)到14.1克/升，比原始菌種提高約180倍。在100升發(fā)酵罐中吩嗪-1-酰胺的產(chǎn)量穩(wěn)定，研究成果已轉(zhuǎn)化給相關(guān)企業(yè)聯(lián)合開發(fā)。
圖1. 合成生物學(xué)方法高效合成吩嗪-1-酰胺
該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金面上項目等項目支持。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssynbio.0c00161
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