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工業(yè)菌種是生物制造的重要競(jìng)爭(zhēng)力。研究微生物底盤(pán)并發(fā)現(xiàn)與目標(biāo)產(chǎn)品生產(chǎn)相關(guān)的高效功能元件是工業(yè)菌種領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。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(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所實(shí)現(xiàn)了谷氨酸棒桿菌全基因組規(guī)模單基因過(guò)表達(dá)庫(kù)的自動(dòng)化構(gòu)建與高通量篩選，鑒定了多個(gè)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(gòu)建了覆蓋谷氨酸棒桿菌全基因組99.7%的單基因過(guò)表達(dá)庫(kù)，并建立了資源共享網(wǎng)站。同時(shí)，該研究通過(guò)全自動(dòng)、實(shí)時(shí)生長(zhǎng)曲線測(cè)定建立了新型功能元件的高通量篩選方法；通過(guò)全文庫(kù)篩選獲得了15個(gè)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(fù)蛋白，并揭示了滲透壓耐受新機(jī)制。進(jìn)一步，研究對(duì)近400個(gè)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白子庫(kù)進(jìn)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(yīng)用于L-蘇氨酸生產(chǎn)菌株改造，實(shí)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(yīng)用場(chǎng)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(kuò)展應(yīng)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(shí)，該研究構(gòu)建的全基因組規(guī)模菌種庫(kù)，有望成為基礎(chǔ)生物學(xué)研究和氨基酸開(kāi)發(fā)等的工業(yè)菌種資源。相關(guān)研究成果發(fā)表在《生物技術(shù)趨勢(shì)》（Trends in Biotechnology）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)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