[发明专利]甘氨酸核糖开关基因调控线路的构建方法及应用

说明书

本发明涉及甘氨酸核糖开关基因调控线路的构建方法及应用；通过在野生型的甘氨酸核糖开关元件序列上进行突变，从文库高通量筛选出性能提升，甘氨酸响应范围增加和振幅值增加的甘氨酸‑ON的突变体和构象改变的甘氨酸核糖开关突变体，从而可以实现基因的表达调控。本发明同时将野生型甘氨酸‑ON转变为甘氨酸‑OFF核糖开关,同时也增加了核糖开关的振幅值。本发明还提供了筛选性能提升与构象改变的甘氨酸突变体方法以及含有这些突变体的表达载体和宿主细胞。本发明的甘氨酸核糖开关基因调控线路的构建及性能提升与构象改变的突变体是目前在大肠杆菌内首次报道基于甘氨酸核糖开关线路和性能提升的有效突变体。

技术领域

本发明属于合成生物学领域，具体地涉及基因调控线路的构建方法，甘氨酸核糖开关突变体的筛选及应用。

背景技术

代谢工程是生物合成化学品和生物材料重要的方法。但是传统代谢工程方法通常是通过简单的过表达或者敲除途径基因来实现目标产品的生产，这不可避免导致细胞生长受到影响，代谢不平衡以及资源不充分利用等问题。与此相比，天然的细胞能够有效的平衡细胞生长和胞内代谢物之间的平衡，从而实现细胞生长，产品生产以及能源有效利用之间的最佳效果。

为了解决以上问题，一些启动子、RBS和基因间区域的组合文库被广泛设计用来调控基因的表达水平。这些文库的筛选需要花费很大的人力物力，效率相对较低，而且在复杂的微生物代谢环境中，通常基因在一种环境下的最优表达条件可能很难适用于另一种代谢环境中。一些诱导型的启动子也被开发应用于途径基因的调控，但是诱导剂本身昂贵的价格会增加生产成本，而且诱导剂本身对细胞的生长代谢也有影响。

核糖开关，位于mRNA的非翻译区(untranslated regions，UTR)，可以直接感应信号分子并引起自身二级结构构象变化，从而在转录或者翻译水平实现对下游相关基因的表达调控。作为生物传感器的一种，核糖开关响应信号分子的过程不依赖蛋白质或其他任何因子的相互作用，相对简单迅捷，在细胞动态代谢调控，提升底物利用效率，提升目标酶的性能以及提升产品的产量和得率等方面具有重要的应用价值。

在2002年Breaker课题组首次报道了核糖开关可用于基因的表达调控，之后约有40种核糖开关被确认，包括辅酶、核苷酸衍生物、信号分子、金属离子、氨基酸和其他代谢物等类型的核糖开关。然而，相比于种类众多的代谢物分子，目前可用的核糖开关仍然有限，这极大地限制了其在代谢工程中的潜在应用。