作者：宋丽丽、蔡孟浩 摄影：宋丽丽、郑一涛
近日， 少妇白洁
蔡孟浩课题组在巴斯德毕赤酵母有性循环可控编程驱动菌株快速进化方面取得新进展。该研究通过开发交配与产孢定量操作方法，鉴定有性生殖关键调控基因，构建遗传稳定型二倍体底盘和正交诱导控制型交配-产孢系统，最终建立液体原位交配—产孢循环进化平台(iMASS)。利用iMASS平台，实现多种胁迫条件下生长优势菌株的快速富集，并高效提升外源蛋白表达能力。相关工作将毕赤酵母有性生殖从自然发生的生物学过程转变为人工可控的工程化工具，为工业菌株改造提供了新策略。相关成果以“Programmable and controllable sexual life cycle for improved evolution in Komagataella phaffii”为题，在线发表于《代谢工程》期刊(Metabolic Engineering)。
工业微生物育种中，菌株性能优化通常依赖两种策略。理性设计通过精确改造特定基因来优化性状，但在涉及多基因调控的复杂性状前往往难以奏效；随机诱变虽能产生多样化表型，但过程不可控、筛选周期长。真核生物的有性生殖在理论上兼具二者优势——交配实现基因组融合，减数分裂通过基因重组产生大量基因型各异的子代，配合定向筛选即可富集优势个体。然而在毕赤酵母中，有性生殖长期未被有效利用：交配与产孢效率低下，关键调控基因不明，缺乏可外部控制的诱导工具。针对上述瓶颈，本研究从方法建立、基因鉴定到可编程调控进行了系统性工程化重构。
图片说明：毕赤酵母有性生殖周期的工程化重构与可控进化平台构建
作者首先建立了交配与产孢的定量检测方法，缩短并确定其最佳周期，并实现孢子释放流程的优化。进一步，在毕赤酵母基因组中挖掘鉴定了29个候选基因，根据表型评估，将其分为多效性基因、交配特异性基因和产孢特异性基因。利用产孢特异性基因，构建产孢缺陷型二倍体（稳定二倍体），实现多种胁迫条件下菌株生长均优于单倍体，外源蛋白表达能力可达单倍体的1.33至6.60倍，且连续传代20次后仍很好保持二倍体状态。
在此基础上，作者分别以乙醇和甲醇为正交诱导信号，分别驱动交配与产孢关键基因的表达，实现两种过程的交替时序控制，并进一步建立液体原位交配—产孢循环进化平台(iMASS)。在六种胁迫筛选条件下(氯化钠、乙酸钠、乙醇、甲醇、20℃、36℃)，经两轮循环，工程菌株的菌落数为对照的1.45至11.77倍；基因组重测序显示进化菌株携带的单核苷酸变异、插入缺失和结构变异数量均高于亲本。将外源蛋白基因整合至该平台后，仅需一轮循环即可获得表达能力显著提升的进化株。
综上，本研究从酵母有性生殖定量方法建立、关键基因鉴定、可控底盘构建到可编程进化平台开发形成了一套完整的技术链条，为工业菌株改良提供了可参考的新路径。
该论文第一作者为 少妇白洁
博士生宋丽丽，通讯作者为 少妇白洁
蔡孟浩教授。研究工作得到上海市探索者计划、国家重点研发计划及上海市农业科技创新项目等项目的支持。
原文链接：//doi.org/10.1016/j.ymben.2026.102498。