【摘 要】
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合成生物学的基本研究模式是对元件的DNA序列进行重新设计,赋予其新的编码、功能、结构,实现对生命过程的调控。本研究主要针对影响基因表达的两个关键因素开展研究:（1）基因启动子转录调控序列变化,（2）由基因组重排引发的基因表达单元序列变化。为了体现合成生物学高通量“设计-构建-检测-学习”的研究特征,为了快速筛选两类DNA序列改造文库对酵母细胞代谢的影响,本研究建立了酵母菌落颜色谱快速筛选的研究方案
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合成生物学的基本研究模式是对元件的DNA序列进行重新设计,赋予其新的编码、功能、结构,实现对生命过程的调控。本研究主要针对影响基因表达的两个关键因素开展研究:（1）基因启动子转录调控序列变化,（2）由基因组重排引发的基因表达单元序列变化。为了体现合成生物学高通量“设计-构建-检测-学习”的研究特征,为了快速筛选两类DNA序列改造文库对酵母细胞代谢的影响,本研究建立了酵母菌落颜色谱快速筛选的研究方案。研究分别选取了类胡萝卜素及黄酮类化合物这两大类颜色产物合成作为菌落筛选标记,通过观察颜色分布及深浅程度,可快速筛选满足目标需求的菌株,并进一步以色谱定量检测对其加以验证。首先在解脂耶氏酵母中针对启动子的核心序列--TATA box与转录起始位点之间的序列,通过自下而上组装DNA策略分别在EXP1p与GPDp中替换了相应的核心序列,结合β-胡萝卜素合成酶Crt Y的不同表达强度会直接影响番茄红素向胡萝卜素的转化效率及产量,可产生多样的菌落颜色谱,从而筛选出增强的启动子,获得了番茄红素向β-胡萝卜素转化效率提升5.5倍的LE7-Y1人工启动子,利用荧光定量PCR验证了其转录强度为天然启动子的4倍。其次在单倍体酿酒酵母中,通过将柚皮素合成途径中的4-香豆酸辅酶A连接酶替换为拟南芥来源,可在单倍体菌株中快速提升柚皮素产量达到53 mg/L,与出发单倍体菌株（20 mg/L）相比提升了165%。再利用合成型基因组重排技术（SCRa Mb LE）,结合前脱氧紫色杆菌素前体合成路径作为筛选合成型酿酒酵母染色体结构变异类（SV）重排,以及生物传感器Fde R,来分别筛选芳环类产量提升的菌株,进而提升目标产物对香豆酸、柚皮素的合成量。使柚皮素产量较初始二倍体菌株产量提升46%。通过本研究,分别从两个角度:（1）基因启动子序列从头设计,以及（2）基因组重排引发整体基因表达序列变化揭示了DNA序列重新设计与细胞特定次级代谢产物的作用关系,所获得的结论对于合成生物学设计再造生命过程具有一定参考意义。
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