微生物所等在細菌調控元件資源應用中取得進展

中國科學院微生物研究所微生物資源前期開發國家重點實驗室微生物生理代謝研究組首次發現原核生物別構轉錄因子（allosteric transcription factor，aTF）在體外能夠結合缺刻的DNA結合序列，並利用這一發現建立全新的小分子檢測方法平台。相關工作以長文（Research Article）的形式發表於《科學進展》（Science Advances）。這是該研究組在這一研究方向連續發表兩篇Chem Commun (2017；2018) 的back-cover文章和一篇Appl Microbiol Biotechnol (2018)文章後取得的又一進展。

微生物無處不在，為了適應環境，進化出了感知各種環境因子的遺傳元件。其中，aTF集小分子效應物結合結構域與DNA結合結構域於一身，能夠通過結合效應物觸發別構效應，進而精準地調控靶基因的轉錄。aTF元件已經在合成生物學遺傳電路中得到廣泛應用。為了進一步發掘這一元件特異識別小分子的應用潛力，微生物生理代謝研究組首次發現aTF普遍能夠結合缺刻的DNA結合位點（圖A)。基於這一發現，該研究組大膽設想：如果aTF在體外能和T4 DNA連接酶競爭缺刻的DNA結合位點，小分子效應物則能夠調節這一競爭關係。利用這一設計恰恰能實現：將aTF感應小分子的信號轉換為DNA信號（模板是否被T4 DNA連接酶連接，圖B）。更為精巧的是：這一模塊化設計可以偶聯各種成熟的DNA檢測方法，在體外實現對不同小分子的檢測。換句話說：這一方法平台實現了將各種成熟的DNA檢測方法拓展到小分子檢測領域（圖C）。該團隊將這一方法平台分別偶聯DNA檢測領域廣泛使用的RT-qPCR，重組酶聚合酶擴增（RPA）和滾環擴增（RCA），對3種小分子（對羥基苯甲酸、尿酸和四環素）建立9個靈敏、便捷的小分子檢測方法，充分證實了該方法的巨大潛力。

目前，大量的感應各種小分子aTF已經被鑒定，同時日益增長的基因組數據也進一步提供了aTF的發掘空間，另外蛋白質定向進化也能夠產生感應特定小分子的aTF。因此，該研究為小分子檢測方法開發提供了一個全新途徑，特別是對那些傳統識別元件不能識別的小分子。同時該研究也為微生物調控元件資源開發開闢了新的應用途徑。

中科院微生物所為該研究的第一完成單位，與華東理工大學、中國農科院植物保護研究所等單位共同完成。該研究受到科技部、自然科學基金委和中科院青年創新促進會的資助。

微生物所等在細菌調控元件資源應用中取得進展

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