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工業(yè)菌種是生物制造的重要競爭力。研究微生物底盤并發(fā)現(xiàn)與目標產(chǎn)品生產(chǎn)相關的高效功能元件是工業(yè)菌種領域的研究熱點。谷氨酸棒桿菌是氨基酸工業(yè)生產(chǎn)的主力菌。而谷氨酸棒桿菌基因組約50%的基因功能尚不明晰，功能元件的系統(tǒng)挖掘亟待研究。

近日，中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所實現(xiàn)了谷氨酸棒桿菌全基因組規(guī)模單基因過表達庫的自動化構建與高通量篩選，鑒定了多個影響滲透壓耐受性和氨基酸產(chǎn)量的新型功能元件。該研究利用天津工生所生物鑄造廠，構建了覆蓋谷氨酸棒桿菌全基因組99.7%的單基因過表達庫，并建立了資源共享網(wǎng)站。同時，該研究通過全自動、實時生長曲線測定建立了新型功能元件的高通量篩選方法；通過全文庫篩選獲得了15個可提高滲透壓耐受和L-賴氨酸產(chǎn)量的新元件，如新型轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子和DNA修復蛋白，并揭示了滲透壓耐受新機制。進一步，研究對近400個膜轉(zhuǎn)運蛋白子庫進行篩選，獲得了在谷氨酸棒桿菌和大腸桿菌中高效、特異的新型L-蘇氨酸外排蛋白。研究將新型外排蛋白應用于L-蘇氨酸生產(chǎn)菌株改造，實現(xiàn)了目前最高水平的谷氨酸棒桿菌L-蘇氨酸生產(chǎn)。

上述研究作為生物鑄造廠的應用場景之一，提供了新型功能元件篩選的系統(tǒng)策略。這一策略可以擴展應用于其他工業(yè)微生物和高水平工業(yè)菌種的創(chuàng)制研究。同時，該研究構建的全基因組規(guī)模菌種庫，有望成為基礎生物學研究和氨基酸開發(fā)等的工業(yè)菌種資源。

相關研究成果發(fā)表在《生物技術趨勢》（Trends in Biotechnology）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院、天津市的支持。

論文鏈接

全基因組規(guī)模篩選谷氨酸棒桿菌新功能元件示意圖