基因表达水平不足导致的代谢途径瓶颈仍然是微生物细胞工厂进行工业生物生产的重要问题。增加基因剂量可以克服这些瓶颈，但目前的游离质粒或整合至rDNA等 *** 存在表达不稳定等缺点。
近日，来自昆士兰科技大学的Claudia E. Vickers和Bingyin Peng等人在Nature Communications 发表文章“An in vivo gene lification system for high level expression in Saccharomyces cerevisiae”，开发了一种基于同源重组的酿酒酵母基因扩增系统HapAmp，用于目的基因剂量的调整。以天然rDNA与CUP1区域的串联重复为例，发生基因扩增需要两个要素：(1)与细胞适应性相关的基因；(2)支持重组的同源DNA序列。此外，强复制起点可以促进扩增。作者因此设计了酵母中目的基因串联扩增的遗传结构：两侧有同源重组扩增需要的同源臂、中间有单倍体表达不足的适应性相关基因（即驱动基因）、强复制起点与目标基因。由于作为驱动基因的必需基因表达不足，发生同源重组而导致串联扩增的细胞必需基因表达提高，生长得更好，而这些细胞中目的基因也随之发生扩增，拷贝数提高。首先，作者以酵母生存必需基因COPII 囊泡外壳相关基因SEC23或核糖体 60S 亚基蛋白相关基因RPL25作为驱动基因，并将其天然启动子替换为弱启动子以产生促进扩增的压力。以调节GFP表达为例，作者发现HapAmp可以将GFP基因拷贝数提高4-47倍，荧光提高4-92倍。之后，作者以代谢工程为例，用HapAmp调节橙花醇合酶、柠檬烯合酶与法呢基焦磷酸合酶或番茄红素合成模块的表达量，可分别显着提高橙花醇产量、柠檬烯或番茄红素的产量，其中柠檬烯滴度比2质粒版提高了20倍，摇瓶培养96 h滴度达到约1 g/L。最后，作者还展示了HapAmp用于提高酵母中异源色素蛋白质产量。
HapAmp与大肠杆菌中CIChE的 *** 原理类似，不过HapAmp并非使用抗性基因作为驱动基因，而是选择调低表达的必需基因，以酵母生长作为进化驱动力量。HapAmp是一种快速解锁代谢瓶颈的有效 *** ，有助于微生物细胞工厂的发展。
（张译文 摘译）
酿酒酵母同源重组的原理
