近期，江南大學(xué)饒志明教授團隊在高效合成核黃素方面取得重要進展，研究成果“Increased Production of Riboflavin by Coordinated expression of Multiple Genes in Operons inBacillus subtilis”以封面文章形式正式發(fā)表于ACS Synthetic Biology（DOI: 10.1021/acssynbio.1c00640）。

 

　　核黃素又叫VB2，廣泛應(yīng)用于制藥工業(yè)以及作為食品和飼料添加劑。枯草芽孢桿菌是目前最具競爭力的核黃素生產(chǎn)者，已廣泛應(yīng)用于核黃素的商業(yè)生產(chǎn)工藝中。在枯草芽孢桿菌中，前體供應(yīng)不足是限制核黃素產(chǎn)量的主要因素。因此，平衡核黃素合成的前體物質(zhì)供應(yīng)是提高核黃素的有效途徑。

 

　　饒志明團隊開發(fā)了協(xié)調(diào)操縱子中多基因表達的TIGR（基因間可協(xié)調(diào)文庫）系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于基因間mRNA工程調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定性和二級結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)基因表達。在核黃素合成過程中，核酮糖-5磷酸是核黃素合成途徑和嘌呤途徑的共同前體，因此合理分配核酮糖-5磷酸的代謝流對提高核黃素前體供應(yīng)至關(guān)重要。因此，本研究利用TIGR系統(tǒng)協(xié)調(diào)核黃素合成關(guān)鍵基因的表達水平，進而提高核黃素的產(chǎn)量。首先，構(gòu)建含有TIGR的雙報告基因操縱子文庫，并確定TIGR對兩個報告基因表達的調(diào)控作用，TIGR序列可協(xié)調(diào)雙報告基因在枯草芽孢桿菌中的表達比例范圍在70倍以上。接下來，使用TIGR文庫調(diào)節(jié)核黃素合成關(guān)鍵基因zwf、ribBA和ywlf的表達，以增加核黃素生物合成的細胞內(nèi)前體供應(yīng)。根據(jù)核黃素具有熒光的特性，高通量篩選最佳組合突變組合。篩選得到的最佳工程菌株在搖瓶發(fā)酵過程中，核黃素產(chǎn)量達到2.7 g/L，提高64.35%；在5 L分批補料發(fā)酵中，核黃素產(chǎn)量達到11.77 g/L，提高了59.27%。由此表明，TIGR系統(tǒng)用于協(xié)調(diào)操縱子內(nèi)關(guān)鍵基因表達可有效提高目標產(chǎn)物的產(chǎn)量。

 

　　饒志明教授和楊套偉副教授為論文的通訊作者，我校博士后尤甲甲為第一作者。上述研究得到了國家重點研發(fā)計劃（2021YFC2100900）、國家自然科學(xué)基金（No.32071470）等資助。