[发明专利]一种微生物可诱导基因表达调控系统

说明书

本发明的目的在于提供一种诱导型启动子、基于该启动子的基因诱导表达调控系统、以及基于该表达调控系统开发的改良微生物遗传操作工具。采用L‑阿拉伯糖为诱导剂，阿拉伯糖是一种自然界普遍存在的碳源，对细胞生长无抑制作用。该诱导表达系统能够使基因表达水平上调最高达到800倍，且具有较好的严谨性，可以用于梭菌属或其它微生物细胞中目标基因的可控表达，以及用于现有遗传改造技术的优化及新工具的开发。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种微生物基因表达调控方法。

背景技术

基因在转录水平上的调控是微生物主要的基因表达调控方式，也是当前微生物代谢工程的研究热点。转录调控受到多种顺式作用元件和反式作用因子的相互协调控制，其中启动子是重要的顺式作用元件，它基本决定一个基因是否表达、何时和何处表达。启动子通常位于功能基因的5’端上游，能够与RNA聚合酶以及其他蛋白辅助因子等反式元件相结合，从而控制基因转录的起始和效率。微生物的启动子可分为组成型启动子和诱导型启动子。组成型启动子能在所有细胞中，不分时间和空间地启动转录；诱导型启动子则能在某些特定的物理、化学和生物信号（诱导物）的刺激下，可以大幅度增加目的基因的转录水平。诱导型启动子具有广阔的基因工程应用前景，它可根据需要在细胞特定的生长阶段或生长环境下，快速诱导基因转录的“开”与“关”，实现对基因表达的预想调控，从而实现控制微生物生理代谢的目的。

以纤维素降解梭菌的应用为例，梭菌属含有多种纤维素降解菌株，如解纤维梭菌（Clostridium cellulolyticum）和热纤梭菌（Clostridium thermocellum）等，他们能够高效降解纤维素合成乙醇，是潜在的通过整合生物加工技术实现木质纤维素高效利用的生产菌株。然而，野生型菌株尚不能满足木质纤维素转化的工业化要求，必须进行系统的代谢工程改造，这需要对目标内源或外源基因及相关代谢或调控途径功能的精确控制。

采用可诱导转录系统是常用的实现基因功能可控的方法。目前已报道一些以化合物或射线为诱导剂的可诱导表达系统 (Appl Environ Microbiol 2014;80:2410-6;Metab Eng 2012;14:59-67; Appl Environ Microbiol 2003;69:4985-8; Appl EnvironMicrobiol 2011;77:471-8; Gene Ther 2001;8:1197-201)。其中，诱导系统Pcm-2tetO1具有最高的诱导效率及严谨性，及在有诱导剂脱水四环素存在的条件下，基因表达水平可以上调313倍。但是，高浓度脱水四环素对细胞生长有害，因此该诱导系统不能在具有高剂量诱导剂的最优化条件下工作(Metab Eng 2012;14:59-67)。因此，需要进一步开发诱导剂不抑制生长且更为高效和严谨的诱导表达调控系统。