近期，我校生物工程学院糖化学与生物技术教育部重点实验室李子杰副教授课题组在蓝光遗传学工具动态调控酿酒酵母高效合成广藿香醇的研究中取得重要进展，研究成果“A dCas9-integrated iLight9O system enables dynamic regulation for enhanced patchoulol biosynthesis in Saccharomyces cerevisiae”正式发表于Bioresource Technology (IF = 9.0)。
光作为自然界中广泛存在的环境信号，可被多种生物通过长期进化形成的光感受器蛋白识别并完成信号转导，进而调控一系列重要生理过程。基于这一天然调控机制，各类光遗传学工具已被成功开发并应用于酵母合成生物学领域，为基因表达及代谢流的精准调控提供了一种成本低廉、生物相容性好、时空分辨率高以及可逆调控的方法。然而，当这些系统被用于调控内源基因表达时，通常需要对靶基因的天然启动子进行基因工程改造，从而整合可与光遗传学元件相兼容的特异性结合元件。这种对启动子改造的依赖性，限制了此类系统的通用性与可扩展性。
针对上述问题，本研究基于蓝光响应型VVD光感受器蛋白对蓝光响应系统进行优化，并耦合CRISPRi体系构建iLight9系统。通过转入不同靶向sgRNA实现多基因灵活调控，无需过多改造酵母基因组，降低菌株构建难度与时间成本。后续通过引入连接子（2T1）、融合功能标签（UBI/SULI）至dCas9等策略优化获得iLight9U与iLight9O系统，显著降低黑暗背景下的泄露表达，其中iLight9O系统泄露表达从优化前的40%降低至10%以下。基于酿酒酵母内源性甲羟戊酸（MVA）途径，经系统性代谢工程改造构建广藿香醇高效合成细胞工厂，引入两步法异戊烯醇（IU）模块简化合成途径、强化前体供给，拓宽萜类前体代谢通量。利用iLight9O光控系统，筛选靶向sgRNA动态调控广藿香醇合成的角鲨烯竞争支路，蓝光诱导下精准抑制关键节点，实现细胞生长与产物合成协同优化，IU菌株与MVAIU2菌株广藿香醇产量分别提升66%、24%。该研究为酿酒酵母精准动态基因调控工具开发提供新思路，也为合成生物学高效制备广藿香醇及其他萜类化合物提供可行技术路线与数据支撑。
图形摘要
李子杰副教授为论文通讯作者，我校2023级硕士研究生李立为第一作者，博士生王亚森为共同一作。上述研究得到了国家重点研发项目（2025YFF1107300）和国家自然科学基金（32171475）项目资助。
近年来李子杰课题组在合成生物学及生物催化领域取得了丰硕成果，相关研究发表在Bioresource Technology (2026)、Journal of Agricultural and Food Chemistry (2025、2022、2020a、2020b、2019)、Communications Biology (2023)、International Journal of Biological Macromolecules (2025、2024)、Food Bioscience (2025)等本领域权威期刊。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2026.134195。
