基于可复用组合库的大肠杆菌多基因表达高效优化平台构建及其在番茄红素生物合成中的应用

为解决大肠杆菌(E. coli)多基因表达优化效率低下的问题，研究人员开发了包含标准化启动子和5'UTR的高通量平台。通过Golden Gate组装和Gibson克隆技术构建单/双/三基因表达文库，利用荧光报告基因(eGFP/mCherry/TagBFP)定量评估后，成功应用于番茄红素合成途径(crtE/crtI/crtB)优化。该双质粒系统为代谢工程提供了可扩展的模块化工具。

　　

在大肠杆菌(Escherichia coli)中实现高效多基因表达是推动代谢工程和合成生物学发展的关键。针对现有组合优化策略通量低、耗时长的瓶颈，研究者开发了创新性高通量平台：通过工程化标准遗传元件（启动子和5'非翻译区UTR）与荧光报告基因（如增强型绿色荧光蛋白eGFP、红色荧光蛋白mCherry、蓝色荧光蛋白TagBFP）的融合系统，实现了基因表达变异的精准量化。

研究团队采用Golden Gate克隆技术构建了单基因、双基因及三基因（双质粒系统）表达文库，并通过异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)诱导进行功能验证。为验证平台实用性，将荧光基因替换为番茄红素合成途径关键酶基因（八氢番茄红素合成酶crtE、八氢番茄红素脱氢酶crtI和番茄红素环化酶crtB），利用Gibson无缝组装技术构建了优化型三基因文库。实验结果显示，改造后的BL21(DE3)工程菌株呈现出梯度变化的番茄红素产量，充分证明该平台在平衡多基因代谢通路方面的卓越性能。

定量PCR(qPCR)分析进一步证实，质粒文库中启动子-UTR组合的表达均一性良好。这项研究建立的模块化平台具有两大创新优势：可重复使用的组合文库和双质粒表达系统，能快速绘制多基因表达图谱，为复杂代谢途径工程化和多酶共表达研究提供了强有力的标准化工具。