英国厄勒姆研究所：用工程烟草生物合成飞蛾性信息素，以替代化学杀虫剂
转自：药融圈
使用传统的化学杀虫剂防治害虫往往导致环境污染和生物多样性下降。与传统杀虫剂相比，昆虫性信息素对生物多样性和食品安全的友好，近年来被广泛应用于农田害虫的可持续生物防治。然而，许多昆虫信息素立体化学结构复杂，其化学合成尚不具有商业可行性。
生物制造在需要多个立体选择步骤的复杂天然分子上具有天然优势，此前的研究也证明，植物可以作为健康、医药（新冠疫苗，重组蛋白等）、农业相关分子的生产平台。于是，厄勒姆研究所的NicolaPatron博士领导的的合成生物学小组，与瓦伦西亚植物分子和细胞生物学研究所的科学家合作，利用本塞姆氏烟草成功生产了飞蛾（鳞翅目）信息素，相关论文发表在美国《植物生物技术》杂志上。
研究内容
此前的一些研究已经成功地在包括酿酒酵母在内的异源系统中生产了鳞翅目昆虫性信息素。在本研究中，团队建立了合成遗传元件的原型，并构建了控制植物系统中代谢物生产的设计，展示了它们在鳞翅目信息素生产中的应用。
通过内源性Δ11去饱和酶、脂肪酸还原酶和二酰基甘油乙酰转移酶的组成性表达，可以从16C脂肪酸酰基辅酶A中异源产生飞蛾性信息素
研究团队使用硫酸铜来微调基因的活性，使它们能够控制基因表达的时间和水平，使得分子生产被限制在接近预期收获时间的成熟植株上，从而降低了对植株生长的影响。硫酸铜容易被植物吸收且价格低廉易于获得，已被批准用于农业，这使得其后续的大规模生产成为可能。
研究发现，改变编码信息素生物合成途径的构建物中基因的相对位置可能会影响其相对表达，从而改变信息素中两种物质Z1116OH和Z1116OAc的总量和相对数量的积累。这使得他们能够调整信息素的表达配方以更好地适应特定的飞蛾物种。
在比较了3种铜诱导的不同的生物合成途径构造体的总体产量和相对比值后，发现AtrΔ11在最后一个位置（构造680）的构造配置提高了三倍的产量。
接下来，研究团队在3种合成启动子的比较中，确定了dCasEV2.1转录激活因子可以提供最佳水平的激活和背景表达水平来结合铜诱导。这种设计最小化了多基因组装中的序列重复，同时保持对单个转录激活因子的激活。
表达结构示意图，包含铜诱导表达dCasEV2.1转录激活因子（上图）和包含AtrΔ11、harfarr和SpATF1-2编码序列的多基因结构，每个与一个独特的启动子与同源目标序列的gRNA组装
结论
使用铜诱导瞬时表达的产率为 12.4µgZ11-16OHg-1FWand4.5µgZ11-16OAcg-1FW，远低于之前团队研究的的CaMV35s启动子（非诱导性表达系统），产率116.6µgZ1116OHg-1FW和110.1µgZ1116OAcg-1FW，并且其在转基因植株中的表达量更是下降了85倍。
但作者认为，此项研究重点在于可以精细调控基因的活跃程度，在植株生长与性信息素合成之间取得平衡，并可针对不同的飞蛾物种调整性信息素中的成分比例。但如果结合一个系统，使dCasEV2.1的高水平诱导表达，转基因大规模生产是可行的。
资料来源：
[1]TunablecontrolofinsectpheromonebiosynthesisinNicotianabenthamiana