近日，ACS Synthetic Biology在线发表了江南大学未来食品科学中心和粮食发酵工艺与技术国家工程研究室陈坚院士团队刘松副教授课题组的研究成果“Efficient, Flexible Autoinduction Expression Systems with BroadInitiation in Bacillus subtilis”（Xu et al., 2021, ACS Synth Biol 2021, 10 (11), 3084-3093），2017级博士生徐奎栋为论文第一作者，刘松副教授和李江华教授为通讯作者，论文作者还包括周景文教授等。
启动子工程是提高微生物产物合成能力的常用策略。组成型启动子一般在细胞生长阶段激活产物合成，这可能会对细胞造成生长压力并降低最终的产物合成水平。尽管诱导型启动子可以调节靶基因在一定量的生物量积累后表达，但诱导剂添加也增加了生产成本和控制难度。基于群体感应 (QS) 的自诱导表达系统无需监测细胞生长和添加诱导剂，最近广受关注。然而，多数受QS系统调控的启动子强度低且诱导起始时间固定，严重限制应用效果。针对上述问题，江南大学食品合成生物学与生物制造团队基于群体感应系统ComQXPA，开发了一系列兼具诱导起始范围宽和转录强度高的枯草芽孢杆菌自诱导表达系统。首先，对受QS系统调控的野生启动子PsrfA的核心区域进行改造。将PsrfA的-35区域替换为σA依赖性启动子的相应保守序列，使其转录强度提高了85%；对启动子的-35和-15区之间的间隔区域进随机突变，基于流式细胞仪筛选和序列分析，构建得到启动子PS1E，其强度达到PsrfA 8.22倍。然后，通过优化QS系统中自诱导物ComX和结合蛋白ComA的启动子组合，获得了三种类型（共16个）的自诱导表达系统。该自诱导系统展现出了不同的转录动力学特征和自诱导起始时间。最后，基于上述自诱导表达系统表达普鲁兰酶，250 mL摇瓶产量可达到80.2 U/mL，比已报道最强的组成型启动子P566的产量高36%。上述结果表明，本研究开发的具有宽诱导起始范围的枯草芽孢杆菌高效自诱导表达系统，将为的蛋白质（酶）生产和代谢途径改造提供新的调控工具。
上述研究工作得到了国家重点研发项目（2019YFA0905300；2019YFA0706900）、国家自然科学基金（31771913；32071474）、国家轻工技术与工程一流学科自主课题（LITE2018-08）等项目的资助。
图1 基于ComQXPA自诱导表达系统的构建和评估
图2 改造QS启动子核心区域增强其转录活性
图3 QS启动子突变库的构建、表征和分析流程
图4 QS系统诱导起始时间及转录强度的调控
图5 自诱导表达系统在普鲁兰酶表达中的应用
