中國科研人員在新型代謝產物農藥研發方面取得重要進展

2020-09-05 世界農化網

世界農化網中文網報導： 近日，國際合成生物學領域權威期刊《ACS Synthetic Biology》在線發表了上海交通大學生命科學技術學院何亞文課題組的研究論文《利用一個受群體感應調控的高效溫敏啟動子生物合成新型代謝產物農藥吩嗪-1-醯胺》（Identification of a strong quorum sensing- and thermo-regulated promoter for the biosynthesis of a new metabolite pesticide phenazine-1-carboxamide in Pseudomonas strain PA1201）。生命科學技術學院博士研究生金子靖為該論文的第一作者，何亞文教授為該論文的通訊作者。該論文通過全基因組轉錄組學測序分析，首次鑑定了一個受群體感應機制調控的高效溫敏表達啟動子；利用該啟動子對吩嗪生物合成途徑開展了多輪啟動子編輯和合成生物學改造，高效合成一種高活性的代謝產物農藥吩嗪-1-醯胺；所得高產菌株成功轉化給相關企業。

農藥是全球必需的生產資料，生物農藥具有低毒、低殘留和作用靶標特異性強等特點，發展生物農藥是踐行綠水青山、食品安全和農業可持續性發展的一項重要途徑。上海交通大學微生物代謝國家重點實驗室相關團隊長期堅持微生物代謝產物農藥研發。五年前，何亞文團隊從重慶郊外水稻根際分離到一株假單胞菌PA1201，強烈抑制一系列植物病原菌的生長。經鑑定其中一個代謝產物是吩嗪-1-醯胺（World Journal of Microbiology and Biotechnology, 2016, 32:50）。通過系統的基礎研究，該團隊鑑定了合成吩嗪-1-醯胺的關鍵基因phzH，闡明了吩嗪-1-醯胺生物合成機理和生物合成關鍵調控機制（Molecular Microbiology, 2017, 104: 931）。由於PA1201中吩嗪-1-醯胺發酵效價只有0.08克/升，最適發酵溫度為28°C，這些因素限制了該代謝物的產業化和推廣應用。

博士研究生金子靖等在上述研究基礎上重新注釋了關鍵基因phzH的編碼區和啟動子區域，發現phzH啟動子活性低是吩嗪-1-醯胺低產的主要原因。通過RNA轉錄組學分析發現了一個受群體感應機制調控的高效表達基因rhlI，其啟動子PrhlI在37°C條件下的活性比28°C條件下高2.2倍。利用這個啟動子PrhlI 替換phzH和phz2基因的啟動子，並改造其它參與吩嗪-1-醯胺生物合成基因phz1的啟動子，得到在37°條件下高產吩嗪-1-醯胺的工程菌株UP46。UP46在優化的培養基中發酵效價達到14.1克/升，比原始菌種提高約180倍。在100升發酵罐中吩嗪-1-醯胺的產量穩定，研究成果已轉化給相關企業聯合開發。

該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金面上項目等項目支持。

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