2026年6月2日，山东大学微生物改造技术全国重点实验室王海龙教授团队在Bioresource Technology期刊发表题为 “Orchestrating triacylglycerol biosynthesis and hydrolysis via synthetic genetic circuits enhances spinosad production in Streptomyces albus” 的研究论文。该研究鉴定了白色链霉菌中正向调控多杀菌素合成的三酰甘油（TAG）水解酶基因，进一步通过构建逻辑门基因线路实现链霉菌细胞内TAG合成与分解代谢的时序精准调控，提高了白色链霉菌中多杀菌素的异源合成效率，为聚酮类天然产物的代谢工程提供了新策略。山东大学博士后李晓晨为论文第一作者，王海龙教授为通讯作者。

大环内酯类生物农药多杀菌素凭借高效、低毒、环境友好的特性，在农业、林业及卫生害虫防治领域发挥重要作用。多杀菌素的生物合成以乙酰辅酶A为关键前体，而TAG可通过β-氧化提供乙酰辅酶A，但在白色链霉菌中，TAG代谢与多杀菌素生物合成之间的调控关联尚不明确。

针对上述问题，该研究首先通过转录组比较分析与基因功能验证，从白色链霉菌基因组中鉴定出了调控多杀菌素合成的TAG 水解酶基因xnr_rs25305，它能介导TAG水解释放游离脂肪酸，后者进一步通过β-氧化转化为乙酰辅酶A，从而维持多杀菌素生物合成所需的乙酰辅酶A稳态。增强xnr_rs25305基因表达可使多杀菌素产量提高2.1倍，胞内TAG含量降低70%，而缺失该基因则使多杀菌素产量降低30%。为增加白色链霉菌细胞内的TAG储备，我们异源表达了二酰甘油酰基转移酶基因 sco0958，使发酵前期细胞内TAG水平提高了2.8倍。

图1 时序调控TAG合成与水解提高多杀菌素产量示意图

为在时间上协调TAG的合成与水解，我们开发了一种响应Cumate的新型NOT逻辑门（Cum-CI），并通过优化CI结合位点在启动子区域的位置，将抑制效率提升至5.6倍。在此基础上，将NOT逻辑门与Cumate诱导型YES逻辑门联合，构建出时序调控TAG合成与分解的基因线路。该逻辑门基因线路以Cumate浓度依赖的方式，同时阻遏 sco0958（TAG合成）并激活 xnr_rs25305 （TAG水解）及 酰基辅酶A合成酶基因sco6196（游离脂肪酸活化）。携带该逻辑门基因线路的工程菌株在最优条件下，多杀菌素产量较对照菌株提高3.5倍，并且未对细胞生物量产生明显影响。

图2 时序调控TAG合成与水解促进多杀菌素生物合成

该研究阐明了白色链霉菌TAG代谢在多杀菌素生物合成中的调控作用，建立的时序代谢调控策略有效化解了细胞生长与产物合成的竞争关系，并且提供了一种通过合成基因线路协同调控代谢流量的链霉菌代谢工程策略。

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、微生物改造技术全国重点实验室青年人才发展计划、微生物代谢全国重点实验室开放课题等项目资助。山东大学栾霁副研究员、上海交通大学刘然副研究员为该研究提供重要支持。