江南大学饶志明教授团队在ACS Synthetic Biology发表协调操纵子中多基因表达提高枯草芽孢杆菌的核黄素产量的封面文章

　　近期，江南大学饶志明教授团队在高效合成核黄素方面取得重要进展，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发表于ACS Synthetic Biology（DOI: 10.1021/acssynbio.1c00640）。

 

　　核黄素又叫VB2，广泛应用于制药工业以及作为食品和饲料添加剂。枯草芽孢杆菌是目前最具竞争力的核黄素生产者，已广泛应用于核黄素的商业生产工艺中。在枯草芽孢杆菌中，前体供应不足是限制核黄素产量的主要因素。因此，平衡核黄素合成的前体物质供应是提高核黄素的有效途径。

 

　　饶志明团队开发了协调操纵子中多基因表达的TIGR（基因间可协调文库）系统，该系统基于基因间mRNA工程调节mRNA的稳定性和二级结构来调节基因表达。在核黄素合成过程中，核酮糖-5磷酸是核黄素合成途径和嘌呤途径的共同前体，因此合理分配核酮糖-5磷酸的代谢流对提高核黄素前体供应至关重要。因此，本研究利用TIGR系统协调核黄素合成关键基因的表达水平，进而提高核黄素的产量。首先，构建含有TIGR的双报告基因操纵子文库，并确定TIGR对两个报告基因表达的调控作用，TIGR序列可协调双报告基因在枯草芽孢杆菌中的表达比例范围在70倍以上。接下来，使用TIGR文库调节核黄素合成关键基因zwf、ribBA和ywlf的表达，以增加核黄素生物合成的细胞内前体供应。根据核黄素具有荧光的特性，高通量筛选最佳组合突变组合。筛选得到的最佳工程菌株在摇瓶发酵过程中，核黄素产量达到2.7 g/L，提高64.35%；在5 L分批补料发酵中，核黄素产量达到11.77 g/L，提高了59.27%。由此表明，TIGR系统用于协调操纵子内关键基因表达可有效提高目标产物的产量。

 

　　饶志明教授和杨套伟副教授为论文的通讯作者，我校博士后尤甲甲为第一作者。上述研究得到了国家重点研发计划（2021YFC2100900）、国家自然科学基金（No.32071470）等资助。