4月30日，華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院黃明濤教授課題組對(duì)釀酒酵母中的未折疊蛋白響應(yīng)元件（UPRE）進(jìn)行了改造，并應(yīng)用于基因表達(dá)的動(dòng)態(tài)調(diào)控。該成果以“Tailored UPRE2 variants for dynamic gene regulation in yeast”為題，發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS）上。

釀酒酵母在生物制造領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，利用代謝工程手段可以?xún)?yōu)化其生產(chǎn)性能，實(shí)現(xiàn)代謝流向目標(biāo)產(chǎn)物的有效導(dǎo)向。與剛性增加或減少代謝途徑中關(guān)鍵基因表達(dá)水平的傳統(tǒng)方法相比，通過(guò)響應(yīng)細(xì)胞內(nèi)外變化進(jìn)行基因的動(dòng)態(tài)調(diào)控，能更有效地協(xié)調(diào)產(chǎn)物合成與細(xì)胞狀態(tài)，從而提高產(chǎn)物合成的效率。釀酒酵母中天然存在的響應(yīng)通路（如，未折疊蛋白響應(yīng)，UPR），可以感知并應(yīng)對(duì)胞內(nèi)外的環(huán)境變化。

然而，酵母中天然的響應(yīng)元件在數(shù)量和調(diào)控靈敏度上難以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求。為解決該需求，華南理工大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)為酵母基因表達(dá)設(shè)計(jì)了豐富的動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)控元件工具，通過(guò)構(gòu)建一個(gè)UPRE2突變庫(kù)，并以色蛋白和熒光蛋白融合的報(bào)告分子為工具，成功篩選出了性能更優(yōu)的UPRE2突變體。這些突變體在相關(guān)環(huán)境變化響應(yīng)的靈敏度和動(dòng)態(tài)調(diào)控基因表達(dá)強(qiáng)度方面，表現(xiàn)優(yōu)于野生型UPRE2。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)突變體的深入分析，首次發(fā)現(xiàn)高活性突變體UPRE2m與Hac1之間具有更強(qiáng)的結(jié)合親和力，進(jìn)一步擴(kuò)展了對(duì)未折疊蛋白響應(yīng)機(jī)制的理解。這些UPRE2突變體具有即插即用特性，可與多種啟動(dòng)子組合。該類(lèi)元件在應(yīng)用于關(guān)鍵基因的表達(dá)調(diào)控時(shí)，顯著提升了目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量。

華南理工大學(xué)為該成果唯一署名單位。食品科學(xué)與工程學(xué)院博士生肖楚凡、博士后劉秀妨為共同第一作者，黃明濤教授為通訊作者。該項(xiàng)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃綠色生物制造專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金等資助。

來(lái)源：華南理工大學(xué)