植物正在成为异源生产一系列健康、医学和农业中使用的分子平台。特别是烟草属的物种已经被设计用来生产一系列有用的分子，包括昆虫性信息素，这些分子对于农业害虫的物种特异性控制很有价值。迄今为止，大多数研究都依赖于对该通路所有基因的强组成型表达。然而，微生物研究表明，可以通过控制和平衡基因表达来提高产量。因此，提供对基因表达时间和水平控制的合成调控元件可用于最大化异源生物合成途径的产量。

近日，Plant Biotechnology Journal 杂志在线发表了英国厄勒姆研究所Nicola Patron团队题为“Tunable control of insect pheromone biosynthesis inNicotiana benthamiana”的研究论文,本文展示了使用通路工程和合成遗传元件来控制本氏烟草中昆虫性信息素的产生时间和水平。此外，他们还展示了构建结构如何影响相关基因表达，从而影响多基因构建体中的产物产量。这里展示的方法为植物代谢途径的异源重建提供了新的见解。

在异源生物体中重建生物合成途径已成为生产有价值的生物分子的有效途径。生物制造的一个主要优势是能够生产复杂的分子，包括那些已被证明化学合成困难或由于需要多个立体选择性步骤而在商业上不可行的分子。例如，人们越来越关注用于控制农业害虫的昆虫性信息素的生物生产，这种挥发性分子通常由雌性昆虫产生以吸引配偶，即使极少量也会破坏昆虫的繁殖行为。然而，虽然某些物种的信息素可以通过合成化学廉价地制造，但许多昆虫物种的信息素具有复杂的结构，需要综合地选择相关步骤，这使得它们的生产既困难又昂贵。因此，人们对这些分子的生物合成越来越感兴趣。

迄今为止，在植物中表达新途径的大多数方法都是强组成性表达该条途径的所有基因。然而，正交合成元素的使用减少了由于与宿主机器的无意交互而导致的不可预知表达的可能性。此外，微生物系统的研究表明，平衡途径基因的表达可以影响途径中间体和前体的积累并导致产量增加。因此，非常需要能够控制异源途径表达水平的特征化调控元件和设计规则。例如，可以通过改进构造设计来克服对生长和发育的影响，从而可以调整表达的时间和水平。严格控制的诱导调节系统是特别有用的工具，并行组装方法和工具包（例如 Golden Braid）促进了构建多基因结构。然而，仍然很难设计出行为符合预期的大型结构，因为遗传背景会以人们知之甚少的方式影响合成调控元件的行为。此外，早就知道构建体中某些遗传元件的重复以及 T-DNA 的插入作为串联重复可以触发基因沉默。这对设计合成通路提出了挑战，在该合成通路中，需要协调表达多个基因以响应单个信号。对于瞬时表达，可以通过共同递送多种农杆菌菌株来避免共同组装到单个 T-DNA上。然而，尚不清楚接受所有菌株的细胞比例以及这是否会影响最大产量。此外，当产生稳定的转基因品系时，希望途径基因被共同组装以及能够整合到单个基因组基因座中，防止后代中的分离。

在这项研究中，他们建立了合成遗传元件的原型，并构建了用于控制植物系统中代谢物生产的设计，展示了它们在鳞翅目昆虫信息素生产中的用途。首先，他们使用更高效的甘油二酯乙酰转移酶来增加(Z) -11-十六碳烯基乙酸酯 (Z11-16OAc)的积累。然后他们展示和比较合成调控元件，评估它们对信息素生产的适用性，同时评估转基因或瞬时生产方法是否可能提供最佳净产量。他们还证明构建体系结构以序列依赖的方式影响共组装合成基因的表达水平。他们利用多基因结构中基因表达的位置效应来调整主要信息素成分的相对水平。该为植物代谢途径的异源重建提供了新的思路。

鳞翅目性信息素的异源生产

构建结构影响基因表达和产品产量

文章来源：植物生物技术Pbj