[发明专利]提高酿酒酵母代谢产物产量的方法

说明书

本发明提出了一种GAL基因调控系统。该GAL基因调控系统中，pCTR3或者pCTR1与GAL80基因可操作地连接；pCUP1与GAL4基因可操作地连接。发明人在实验中意外地发现，采用铜离子抑制型的CTR3基因启动子(pCTR3)或CTR1基因的启动子(pCTR1)替换pGAL80启动子(pGAL80)，采用铜离子诱导型的CUP1基因启动子(pCUP1)替换pGAL4启动子(pGAL4)，可使得GAL基因调控系统在铜离子的诱导下实现控制基因的表达，显著提高携带所述GAL基因调控系统的工程菌的代谢产物的产量，且GAL基因调控不受体系中葡萄糖浓度的影响。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体地，本发明涉及GAL基因调控系统、酿酒酵母以及提高酿酒酵母代谢产物产量的方法。

背景技术

酿酒酵母作是一种公认安全的微生物(Generally Recognized as Safe，GRAS)，人类对其生理生化、遗传背景都有较为清楚的研究，并且遗传操作相对简单，因此在近些年的合成生物学和代谢工程研究中有着举足轻重的作用。酿酒酵母除了用以发酵乙醇，制作啤酒，它已经成为高附加值天然产物的合成方面所常用的宿主。

在大多数研究中，外源基因在酿酒酵母中的表达都采用组成型强启动子，如常用的pTEF1启动子，pHXT7启动子，pTDH3启动子，pPGK1启动子等。采用组成型启动子的缺点在于，其表达强度不可调控，过多的基因组成型强表达，或者过早表达，会造成宿主的代谢负担，影响细胞的生长，最终影响目标产物的总产量。因此，采用诱导型启动子进行外源基因的表达是最大化细胞产能常用的方式。

目前，在酿酒酵母中最为常用的诱导表达系统为酿酒酵母半乳糖诱导系统(GAL诱导系统)。该系统中pGAL1，pGAL7，pGAL10，pGAL2启动的转录激活受到GAL4转录因子的正向激活调控，GAL4转录因子的活性受到GAL80负调控蛋白的抑制，而GAL80蛋白的活性受到培养基中半乳糖的调控，当细胞生长环境中存在半乳糖时，半乳糖能竞争性与GAL80蛋白结合，释放GAL4转录因子，GAL4进一步激活系统中pGAL1，pGAL7，pGAL10，pGAL2启动子转录。因此，在GAL调控系统中，半乳糖是GAL启动子的激活剂。但是，由于半乳糖能被细胞利用，导致诱导能力随着被利用后会降低；并且半乳糖价格昂贵，因此半乳糖诱导的方式由于成本过高而并不合适工业应用。

为了避免葡萄糖的使用，有研究对GAL80转录因子进行了敲除，使得GAL启动子的诱导不需要半乳糖，而是受到高葡萄糖抑制，低葡萄糖表达。该策略从一定程度解决了该系统在工业化应用上成本过高的问题。但是，葡萄糖是补料发酵过程中常用的碳源，其过程流加的不稳定性，会导致GAL启动子所控制基因表达出现大的波动，不利用大生产过程中的批次间的稳定性。

因此，在合成生物学领域，开发一种简单，高灵敏度的控制外源基因表达的方法，用于控制酿酒酵母生产高附加值产物，是该领域研究人员一直努力的方向。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种GAL基因调控系统。根据本发明的实施例，所述GAL基因调控系统中，pCTR3或者pCTR1与GAL80基因可操作地连接；pCUP1与GAL4基因可操作地连接。发明人在实验中意外地发现，采用铜离子抑制型的CTR3基因启动子(pCTR3)或CTR1基因的启动子(pCTR1)替换GAL80基因启动子(pGAL80)，并与GAL80基因可操作地连接，采用铜离子诱导型的CUP1基因启动子(pCUP1)替换GAL4基因启动子(pGAL4)，并与GAL4基因可操作地连接，可使得GAL基因调控系统在铜离子的诱导下实现控制基因的表达，显著提高携带所述GAL基因调控系统的工程菌的代谢产物的产量，且GAL基因调控不受体系中葡萄糖浓度的影响。

根据本发明的实施例，上述GAL基因调控系统还可以进一步包括如下附加技术特征至少之一：