[发明专利]用于基于生物量来调控功能基因表达的试剂盒及使用其的方法

说明书

本发明提供用于基于生物量来调控功能基因表达的试剂盒，其包括用于插入细胞的基因组中的感应基因和用于转入所述细胞的响应基因表达元件，其中所述感应基因含有介导自诱导物质的信号分子合成的蛋白的编码基因与所述自诱导物质的信号分子结合的转录调节蛋白(例如转录激活蛋白)的编码基因的组合，所述响应基因表达元件含有受所述感应基因调控的启动子及由所述启动子启动转录表达的功能基因以及使用其的方法。本发明的试剂盒及使用其的方法可有效的避免传统诱导表达系统中诱导剂造成的不利影响；同时可有效地平衡底物资源在菌株生长和功能基因强化之间的分配。

技术领域

本发明涉及基因工程领域。具体而言，涉及利用群体感应系统的核心基因的组合，将介导自诱导物质的信号分子合成的蛋白的编码基因与所述自诱导物质的信号分子结合的转录调节蛋白(例如转录激活蛋白)的编码基因插入到细胞基因组中，然后将包含对应启动子和功能基因的响应基因表达元件转入细胞中，从而获得功能基因受细胞自身生物量调控表达的试剂盒及其使用方法。

背景技术

基因表达控制着生物体的表型和功能的多样性。而通过基因工程和合成生物学等方法来人工调节控制基因表达是优化微生物、动物和作物的关键和前沿技术手段。控制转录是基础的和常用的方法。

在文献Current Opinion in Biotechnology 2017，47，120-132中提及在微生物的分子工具和基因/基因组重编程过程中，诱导表达系统是常用的方法和工具。但诱导剂本身的价格比较昂贵，且部分会对菌株自身生长代谢造成影响。

在文献Metabolic Engineering 2010，12，(3)，291-297中提及组成型启动子控制的表达系统可认为无需添加诱导剂诱导表达，但是其功能基因的表达在菌株开始生长时就启动，并不受控制，破坏底物资源在菌株生长和基因表达间的平衡，不利于资源最优化利用。

在文献Nature 2004，428，(6985)，868-71中提及细菌之间存在着广泛的交流，且通过其交流可以调控细菌的死亡来控制群落数量。在文献Nature Biotechnology 2017，35，(3)，273-279中提及利用群体感应系统(Quorum-Sensing system)可以实现工程菌株的代谢流的动态调控，优化底物资源的分配。并表明群体感应系统可被基因工程方法用来编辑调控功能基因的表达，并对菌株自身无害。但该技术中信号分子的合成是通过诱导剂β-D-1-thiogalactopyranoside(IPTG)来控制的，这不能实现基于自身生物量来只能调控，且诱导剂价格昂贵，阻碍其实际应用。

发明内容

本发明提供基于生物量调控基因表达的方法，该方法整合群体感应系统的组合基因于细胞中，然后将包含对应所述组合基因的启动子和功能基因的响应基因表达元件转入其中，从而获得功能基因受细胞自身生物量调控表达。

本发明巧妙的利用群体感应系统，将感应基因(包含介导自诱导物质的信号分子合成的蛋白的编码基因与所述自诱导物质的信号分子结合的转录调节蛋白(例如转录激活蛋白)的编码基因)插入细胞的基因组中，使自诱导物质的信号分子的浓度与细胞生物量相耦合；并利用该感应基因控制的启动子控制所需功能基因。利用这个方法，使细胞在低生物量时，主要将底物和能量资源用于生物量的积累，而当生物量达到信号分子阈值时，可启动功能基因的表达，从而实现强化表达。该方法使功能基因的表达受到细胞自身生物量的调控，可有效避免功能基因的强化和生物自身生长之间资源竞争的问题，实现底物资源在生长与基因表达间优化配置，避免了添加诱导剂引起的不利影响。