长久以来，单细胞真核生物酿酒酵母一直被用于工业生产与生物技术应用。随着合成生物学与代谢工程的兴起与不断发展，酿酒酵母亦被广泛用作高附加值化合物生物合成与生产的平台。基于合成生物学基础原理，本论文开展了关于酿酒酵母基因组功能及L-酪氨酸代谢途径的系统研究，具体工作总结如下。
大肠杆菌核酸内切酶编码基因mazF的诱导表达能够显著抑制酿酒酵母细胞的增殖，表明其可以作为一种新型负筛标记应用于酿酒酵母遗传改造。基于特性，我们建立一套分别使用mazF与遗传霉素抗性kanMX作为反向与正向筛选标记的，适用于酿酒酵母单一基因无标记无痕缺失的操作系统，并成功实施了CAN1、ADE2、TRP1及TYR1四个基因的无痕敲除。这一系统可以克服原有酿酒酵母反向筛选系统存在的一些不足，包括外源序列残留与营养缺陷标记的菌株适用限制。此外，我们还证明了利用酿酒酵母高效同源重组机器进行的体内完整功能遗传组件生成的可行性。
基因组改造技术对基因组功能解析与合成生物学研究中基因组精简工作具有重要意义。由此，我们进一步将mazF标记改造使之可以用于酿酒酵母大片段基因组区域的无痕删减，构建基因组减小菌株。采用此系统，我们成功得到了11号染色体左臂内部(26.5kbp)与端部(28.9kbp)非必需序列无痕删减菌株。通过延长遗传组件侧翼基因组同源臂长度，由其转化产生的转化子数量增加了一个数量级，且所检测的转化子中平均90％为正确的整合子。另外，与传统的URA3/5-FOA反向筛选方法相比，mazF系统所得转化子数目是其2-13倍，且在检测转化子中发生基因组片段缺失的删减菌比例上升了20-24％。对于基因组大片段删减菌NK11与NK12，在常规实验室培养条件下，其生长能力同出发菌BY4741相比未发生显著变化;对于双基因组大片段删减菌NK13亦是如此。此外，采用同样的操作方法，我们还获得其他12株含有不同删减组合的基因组减小菌株，并对其生长能力、环境胁迫因子敏感性及接受外源DNA能力进行了检测分析。
黄酮与芪类化合物是一大类广泛分布具有众多人体健康有益功能的植物次生代谢产物。在植物体中，其生物合成途径通常起始于基本氨基酸L-酪氨酸，而酿酒酵母则是该类化合物异源合成与生产的常用微生物宿主平台。本论文结合使用定向的、组合性的及基因组改造方法对酿酒酵母产L-酪氨酸能力进行了研究。通过增加合成前体量、消除末端产物对代谢酶的负反馈作用及合成途径相关基因的过表达所得突变菌株NK23，其L-酪氨酸产量产量提高了60％。同时借助化学诱变剂1-甲基-3-硝基-1-亚硝基胍(1-Methyl-3-nitro-1-nitrosoguanidine，MNNG)进行随机诱变与L-酪氨酸类似物L-酪氨酸乙酯抗性筛选，所得突变菌株TEE-B24的L-酪氨酸产量亦有明显提高，为出发菌株BY4741的1.48倍。然而，对于基因组减小菌株，检测结果显示其L-酪氨酸产量无显著变化。此外，我们还检测了利用生物传感器基因缺陷菌株NK32进行L-酪氨酸产量定量检测的可行性，结果表明该方法的精度类似基于1-亚硝基-2-萘酚的化学检测法。
白皮杉醇为植物天然代谢芪类化合物，拥有一系列有益生理活性，如抗肿瘤、抗氧化、抗炎症及抑制功能。本论文首次提出利用酿酒酵母进行此种重要天然产物的异源从头合成。借助化学合成技术，得到了10个来源于植物、细菌及放线菌的密码子优化功能基因。RT-PCR检测显示，在酿酒酵母细胞中，所选取基因能够形成转录产物;但HPLC分析中无可检测水平的目标化合物白皮杉醇产生。为了打破其中可能存在的代谢途径功能障碍，需要对所选基因编码产物的生活生理活性开展进一步研究。
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