近期，我院饶志明教授团队在高效合成核黄素方面取得重要进展，研究成果“Increased Production of Riboflavin by Coordinated Expression of Multiple Genes in Operons inBacillus subtilis”以封面文章形式正式发表于ACS Synthetic Biology(DOI: 10.1021/acssynbio.1c00640)。
核黄素又叫VB2，广泛应用于制药工业以及作为食品和饲料添加剂。枯草芽孢杆菌是目前最具竞争力的核黄素生产者，已广泛应用于核黄素的商业生产工艺中。在枯草芽孢杆菌中，前体供应不足是限制核黄素产量的主要因素。因此，平衡核黄素合成的前体物质供应是提高核黄素的有效途径。
饶志明团队开发了协调操纵子中多基因表达的TIGR（基因间可协调文库）系统，该系统基于基因间mRNA工程调节mRNA的稳定性和二级结构来调节基因表达。在核黄素合成过程中，核酮糖-5磷酸是核黄素合成途径和嘌呤途径的共同前体，因此合理分配核酮糖-5磷酸的代谢流对提高核黄素前体供应至关重要。因此，本研究利用TIGR系统协调核黄素合成关键基因的表达水平，进而提高核黄素的产量。首先，构建含有TIGR的双报告基因操纵子文库，并确定TIGR对两个报告基因表达的调控作用，TIGR序列可协调双报告基因在枯草芽孢杆菌中的表达比例范围在70倍以上。接下来，使用TIGR文库调节核黄素合成关键基因zwf、ribBA和ywlf的表达，以增加核黄素生物合成的细胞内前体供应。根据核黄素具有荧光的特性，高通量筛选最佳组合突变组合。筛选得到的最佳工程菌株在摇瓶发酵过程中，核黄素产量达到2.7 g/L，提高64.35%；在5 L分批补料发酵中，核黄素产量达到11.77 g/L，提高了59.27%。由此表明，TIGR系统用于协调操纵子内关键基因表达可有效提高目标产物的产量。
饶志明教授和杨套伟副教授为论文的通讯作者，我校博士后尤甲甲为第一作者。上述研究得到了国家重点研发计划（2021YFC2100900）、国家自然科学基金（No.32071470）等资助。
