酿酒酵母基因组进化的研究进展

由于细胞代谢和调控网络的复杂性,尤其是对于多基因调控的复杂性状和遗传工具有限的生物系统而言,基因组进化在微生物细胞工厂的构建中起着至关重要的作用。基因组进化通过人为创造多样化性状以及功能筛选的迭代循环,在实验室中模拟且加速自然进化的过程,从而快速获得满足目标需求的进化突变体。酿酒酵母是代谢工程中重要的底盘细胞,全基因组进化是对其进行系统性改造的最有效合成生物学手段之一。本文总结了基因组进化在构建高效的酿酒酵母细胞工厂中的技术进展和应用,包括基因组改组、转座子插入诱变和全局转录机制工程(gTME)等基于随机突变的非理性基因组进化以及诸如酵母寡核苷酸介导的基因组工程(YOGE),真核基因组多重位点自动改造技术(eMAGE)、RNAi辅助的基因组进化方法(RAGE)以及基于CRISPR体系的基因组规模改造技术(CHAnGE、MAGIC和MAGESTIC)等可示踪的半理性基因组进化,并简要介绍了基因组进化面临的挑战和高通量筛选方法的发展前景。

酿酒酵母代谢工程技术

自20世纪90年代初期诞生以来,代谢工程历经了30年的快速发展。作为代谢工程的首选底盘细胞之一,酿酒酵母细胞工厂已被广泛应用于大量大宗化学品和新型高附加值生物活性物质的生物制造,在能源、医药和环境等领域取得了巨大的突破。近年来,合成生物学、生物信息学以及机器学习等相关技术也极大地促进了代谢工程的技术发展和应用。文中回顾了近30年来酿酒酵母代谢工程重要的技术发展,首先总结了经典代谢工程的常用方法和策略,以及在此基础上发展而来的系统代谢工程和合成生物学驱动的代谢工程技术。最后结合最新技术发展趋势,展望了未来酿酒酵母代谢工程发展的新方向。