近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境與島礁生態全國重點實驗室、廣東省海洋藥物重點實驗室科研人員在鏈霉菌天然產物沉默基因簇的激活方法開發中取得新進展，相關成果以“Development of A Salt-Enhanced Promoter Strategy for Activating Silent Biosynthetic Gene Clusters from Streptomycetes”為題發表在代謝工程領域著名期刊Metabolic Engineering（代謝工程）。中國科學院南海海洋研究所博士王利娟、博士朱夢奕和副研究員楊春芳為本文共同第一作者，研究員張長生為本文通訊作者。
鏈霉菌天然產物是藥物研發的重要資源。近年來，隨著測序成本的降低和生物信息學工具的普及，大量未知天然產物的生物合成基因簇序列被解析公布，亟待深入挖掘。然而，當前基因組挖掘面臨兩大核心挑戰：一是鏈霉菌生物合成基因簇在實驗室條件下大多數呈沉默或低表達狀態，其產物豐度極低；二是部分野生型鏈霉菌無法進行遺傳操作，導致其天然產物生物合成途徑挖掘受限。
針對鏈霉菌基因組挖掘中的上述瓶頸問題，研究團隊近期開發了一種基于鹽響應啟動子的新型挖掘策略。該策略可有效激活鏈霉菌天然產物沉默基因簇，并成功應用于三種活性天然產物的激活與高產。研究團隊在對南海來源的、含有豐富天然產物生物合成基因簇但無法進行遺傳操作的鏈霉菌開展基因組挖掘的過程中，采用“異源表達-細菌人工染色體-啟動子工程”的協同策略對兩個沉默的大型天然產物生物合成基因簇進行激活。意外發現在培養基添加鈉鹽或鉀鹽，尤其是添加1% KCl，能夠顯著增強廣泛使用的組成型啟動子kasOp*的強度，進而高效激活其下游基因簇的表達并大幅提高目標天然產物的產量（圖1）。
圖1?采用kasOp*-KCl協同策略激活海洋鏈霉菌中沉默天然產物生物合成基因簇
研究人員首次發現了行業通用的組成型啟動子kasOp*的鹽響應特性，同時通過實驗證實kasOp*-KCl策略對不同培養基、不同基因簇及常見鏈霉菌異源表達宿主均具有普適性。采用這種策略使coprisamide（聚酮-聚肽雜合環肽）、padanamide（非核糖體多肽） 和 SF2768 （異腈酯肽）這三種活性天然產物的產量均達到目前報道的最高水平（圖2）。這一發現凸顯了這種基于遺傳元件鹽響應特性的便捷基因組挖掘方法，在激活鏈霉菌沉默產物生物合成及增強其產量方面的潛在實用價值，為鏈霉菌沉默基因簇的挖掘及天然產物增產研究提供了全新工具。
圖2?KasOp*-KCl策略對不同天然產物、不同培養基和不同宿主的普適性評估
以上研究工作得到了國家重點研發計劃“合成生物學”重點專項、國家自然科學基金面上項目、中國科學院青年創新促進會項目、博士后創新人才支持計劃、廣東省基礎與應用基礎研究基金項目、南沙區重點科技計劃項目和海南省自然科學基金等項目資助。
論文信息：Lijuan Wang#,Mengyi Zhu#,Chunfang Yang#,Siqi Zhu,Bin Tan,Shu-Hua Qi,Yiguang Zhu,and Changsheng Zhang*. Development of A Salt-Enhanced Promoter Strategy for Activating Silent Biosynthetic Gene Clusters from Streptomycetes. Metabolic Engineering,2025,92:51-62.?
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ymben.2025.07.007?????
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