近日，国际合成生物学领域权威期刊《ACS Synthetic Biology》在线发表了上海交通大学生命科学技术学院何亚文课题组的研究论文《利用一个受群体感应调控的高效温敏启动子生物合成新型代谢产物农药吩嗪-1-酰胺》（Identification of a strong quorum sensing- and thermo-regulated promoter for the biosynthesis of a new metabolite pesticide phenazine-1-carboxamide in Pseudomonas strain PA1201）。生命科学技术学院博士研究生金子靖为该论文的第一作者，生命科学技术学院何亚文教授为该论文的通讯作者。该论文通过全基因组转录组学测序分析，首次鉴定了一个受群体感应机制调控的高效温敏表达启动子；利用该启动子对吩嗪生物合成途径开展了多轮启动子编辑和合成生物学改造，高效合成一种高活性的代谢产物农药吩嗪-1-酰胺；所得高产菌株成功转化给相关企业。

农药是全球必需的生产资料，生物农药具有低毒、低残留和作用靶标特异性强等特点，发展生物农药是践行绿水青山、食品安全和农业可持续性发展的一项重要途径。上海交通大学微生物代谢国家重点实验室相关团队长期坚持微生物代谢产物农药研发。五年前，何亚文团队从重庆郊外水稻根际分离到一株假单胞菌PA1201，强烈抑制一系列植物病原菌的生长。经鉴定其中一个代谢产物是吩嗪-1-酰胺（World Journal of Microbiology and Biotechnology, 2016, 32:50）。通过系统的基础研究，该团队鉴定了合成吩嗪-1-酰胺的关键基因phzH，阐明了吩嗪-1-酰胺生物合成机理和生物合成关键调控机制（Molecular Microbiology, 2017, 104: 931）。由于PA1201中吩嗪-1-酰胺发酵效价只有0.08克/升，最适发酵温度为28°C，这些因素限制了该代谢物的产业化和推广应用。

博士研究生金子靖等在上述研究基础上重新注释了关键基因phzH的编码区和启动子区域，发现phzH启动子活性低是吩嗪-1-酰胺低产的主要原因。通过RNA转录组学分析发现了一个受群体感应机制调控的高效表达基因rhlI，其启动子P_rhlI在37°C条件下的活性比28°C条件下高2.2倍。利用这个启动子P_rhlI 替换phzH和phz2基因的启动子，并改造其它参与吩嗪-1-酰胺生物合成基因phz1的启动子，得到在37°条件下高产吩嗪-1-酰胺的工程菌株UP46。UP46在优化的培养基中发酵效价达到14.1克/升，比原始菌种提高约180倍。在100升发酵罐中吩嗪-1-酰胺的产量稳定，研究成果已转化给相关企业联合开发。

图1. 合成生物学方法高效合成吩嗪-1-酰胺

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目等项目支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssynbio.0c00161