产孢循环进化平台为工业菌株改良提供新路径

华东理工大学教授蔡孟浩课题组从酵母有性生殖定量方法建立、关键基因鉴定、可控底盘构建到可编程进化平台，开发形成了一套完整的技术链条，为工业菌株改良提供了可参考的新路径。相关成果近日发表于《代谢工程》。

毕赤酵母有性生殖周期的工程化重构与可控进化平台构建。研究团队供图

工业微生物育种中，菌株性能优化通常依赖两种策略。其中，理性设计通过精确改造特定基因来优化性状，但对于多基因调控的复杂性状，往往难以发挥作用；而随机诱变虽然能够产生多样化表型，但过程不可控、筛选周期长。真核生物的有性生殖在理论上兼具二者优势，然而在工业菌株巴斯德毕赤酵母中，有性生殖长期未被有效利用，存在交配与产孢效率低下、关键调控基因不明、缺乏可外部控制诱导工具等问题。

针对此瓶颈问题，研究团队首先建立了毕赤酵母交配与产孢的定量检测方法，缩短并确定其最佳周期的同时，优化了孢子释放流程。进一步地，研究团队在毕赤酵母基因组中挖掘鉴定了29个候选基因，并将候选基因分为多效性基因、交配特异性基因和产孢特异性基因。此外，研究人员利用产孢特异性基因，构建了产孢缺陷型稳定二倍体。该二倍体菌株在多种胁迫条件下生长均优于单倍体，外源蛋白表达能力可达单倍体的1.33至6.60倍，且连续传代20次后仍很好保持二倍体状态。

在此基础上，研究团队分别以乙醇和甲醇为正交诱导信号，驱动交配与产孢关键基因的表达，实现两种过程的交替时序控制，并进一步建立起液体原位交配—产孢循环进化平台（iMASS）。在六种胁迫筛选条件下，经两轮循环，工程菌株的菌落数为对照的1.45至11.77倍；基因组重测序显示进化菌株携带的单核苷酸变异、插入缺失和结构变异数量均高于亲本。此外，将外源蛋白基因表达盒整合至该平台后，仅需一轮循环即可获得表达能力显著提升的进化株。