絲狀真菌在青霉素等藥物生產(chǎn)中具有獨特的優(yōu)勢，然而，絲狀真菌的合成生物學研究仍處于起始階段。主要原因是缺乏對于代謝產(chǎn)物產(chǎn)生邏輯的理解以及相應的開發(fā)方法。定量測量多細胞物種（如絲狀真菌）的基因時序表達非常困難，絲狀真菌合成生物學系統(tǒng)的開發(fā)和代謝產(chǎn)物的精確控制仍是一個相對新興的研究領域。

2024年10月27日，中國科學院微生物研究所尹文兵研究團隊和北京大學定量生物學中心羅春雄研究團隊合作在Advanced Science在線發(fā)表題為“Quantitative Characterization of Gene Regulatory Circuits Associated with Fungal Secondary Metabolism to Discover Novel Natural Products”的研究論文，報道了一種創(chuàng)新、高度準確和可靠的絲狀真菌調(diào)控基因的定量表征與應用方法。該方法基于微流控平臺的定制化創(chuàng)新、數(shù)學模型的整合以及多細胞絲狀真菌的單細胞化控制。利用這一方法，不僅克服了多細胞絲狀真菌基因表達定量的難題，而且實現(xiàn)了真菌重要代謝產(chǎn)物柄曲霉毒素和黑色素基因調(diào)控回路（gene regulatory circuits, GRC）的動態(tài)定量表征。該方法能夠很好的應用于藥物的控制生產(chǎn)，如免疫抑制劑霉酚酸（mycophenolic acid）和殺蟲藥物白僵菌素（beauvericin）的合成。而且還通過定量表征的元件，重構(gòu)超過10個合成基因的多硫代二酮哌嗪類化合物的基因簇，成功獲得新穎天然產(chǎn)物。

中國科學院微生物研究研究所徐新然助理研究員、北京大學物理學院孫燕紅博士和中國科學院微生物研究所張安心博士研究生為論文共同第一作者，中國科學院微生物研究所尹文兵研究員和北京大學羅春雄教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃和中國科學院等相關項目的經(jīng)費支持。

圖1 基因調(diào)控回路的選擇、定量和應用