基因表达的精确调控是代谢工程与合成生物学的核心技术之一，是实现高值化合物在微生物细胞工厂中“智造”的重要手段。链霉菌是一类具有重要经济价值的革兰氏阳性菌，具有产生多种生物活性天然产物的能力，在生物医药、农业等领域应用广泛。然而，链霉菌的基因表达调控复杂，经过几十年的研究，仅有少数几个基因诱导表达系统可供选择，且这些诱导表达系统存在一定的局限性，如高渗漏表达、诱导剂毒性、诱导剂易降解和不可逆性等问题。针对这些难题，牛国清研究员团队先后利用合成生物技术开发了两套链霉菌诱导表达系统：纤维二糖诱导表达系统（ACS Synthetic Biology 2021）和鼠李糖诱导表达系统（ACS Synthetic Biology 2024）。这两套诱导表达系统解决了高渗漏表达和诱导剂毒性问题，但诱导剂可被当作碳源利用，且添加纤维二糖或鼠李糖后的诱导过程是不可逆的。近日，牛国清研究员团队在链霉菌基因表达调控领域取得新进展，相关研究论文 “A tunable and reversible thermo-inducible bio-switch for streptomyces” 于国际知名学术期刊《Nucleic Acids Research》（《核酸研究》）正式发表。该研究成功构建了一种基于温度感应调控因子 RheA 的新型温度诱导基因表达调控系统（StrepT-switch），为链霉菌的基因工程改造及天然产物合成研究开辟了新路径。
牛国清研究员团队通过深入探索链霉菌热休克蛋白调控机制，利用模块化设计理念成功构建了 TRS01 和 TRS02 两种高性能热诱导基因表达模块。实验表明，这两种模块在模式菌株小白链霉菌 J1074 中展现出卓越的诱导活性，同时有效降低了渗漏表达，其中 TRS02 能够在生理温度范围内实现对靶基因表达的精准调控，并具有显著的可逆性优势。
为全面评估 StrepT-switch 的应用价值，研究团队将其应用于 CRISPR/Cas9 介导的基因组编辑、抗生素合成调控以及形态分化调控等领域。研究结果显示，StrepT-switch 在降低 Cas9 核酸酶毒性、提升基因编辑效率方面效果显著，实现了对抗生素合成基因的精准编程调控，以及对委内瑞拉链霉菌形态分化的有效控制。此外，通过该系统调控 ZouA 依赖的 DNA 扩增系统，显著提升了放线紫红素的产量。尤为重要的是，该团队成功将热诱导生物开关适配至大肠杆菌，进一步拓展了其应用范围。此项研究成果不仅为合成生物学提供了新型温度感应调控模块，丰富了链霉菌基因表达调控工具库，更为推动链霉菌在生物医药和农业等领域的应用研究提供了重要的理论依据与技术支撑。
农学与生物科技学院博士研究生吕澜鑫以及硕士研究生刘硕和付宇蝶为共同第一作者，牛国清研究员为通讯作者，课题组其他同学参与了部分工作。西南大学前沿交叉学科研究院生物学研究中心王翊教授和博士研究生孙家贺以及上海师范大学生命科学学院芦银华教授也参与了部分工作。该研究工作得到了国家重点研发计划重点专项“新型生物农药分子创制与产业化"和国家自然科学基金面上项目的资助。
原文链接：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkae1236/7929365?login=true
