近日，中国农业科学院植物保护研究所绿色农药分子靶标创新团队在国际知名学术期刊《微生物生物技术（Microbial Biotechnology）》在线发表了题为“Mining and engineering exporters for titer improvement of macrolide biopesticides in Streptomyces” 的研究论文。该研究发现了三个全新的能够普遍提高聚酮类杀虫剂产量的转运蛋白，并建立了具有普适性的链霉菌目标转运蛋白挖掘及应用的新策略。该策略能够被用于提高不同的链霉菌天然产物农药的产量。
链霉菌是天然产物农药的重要生产菌株，提高菌株的发酵效价是实现其农业应用的重要前提。转运蛋白工程是工业生物技术领域用以构建高产药用天然产物菌株的一种极有潜力的策略。然而，目前对放线菌转运蛋白的了解仅为冰山一角，可供利用的转运蛋白资源十分匮乏。团队的前期研究发现，链霉菌基因组中存在大量的转运蛋白，其数目甚超过总蛋白数目的10%，意味着链霉菌拥有十分丰富的可用于提高次级代谢产量的转运蛋白元件。
本研究中，我们提出了一种转运蛋白理性筛选流程，并设计了即插即用的、表达量可调节的产物外排模块（TuPPE），用于提高不同链霉菌中大环内酯类生物杀虫剂的产量。通过分析大环内酯类生物杀虫剂米尔贝霉素产生菌株冰城链霉菌的基因组及实验验证，确定了三组能够提高米尔贝霉素产量的ABC家族的外排蛋白；进一步通过在TuPPE中组合不同的启动子和核糖体结合位点，优化了外排蛋白的表达与米尔贝霉素的产量；优化的TuPPE也将分别高产冰城链霉菌BC04，阿维链霉菌NEAU12以及蓝灰链霉菌NMWT1中的米尔贝霉素 A3/A4, 阿维菌素 B1a，以及尼莫克丁α 的产量提高了 24.2%, 53.0% 和 41.0%。该工作建立了一种获得目标转运蛋白的标准化流程，不仅获得了促进链霉菌大环内酯类杀虫剂的有效外排蛋白与高效的适配策略，也将为提高其他链霉菌天然产物农药的产量提供有效的转运蛋白策略。
中国农业科学院植物保护研究所与东北农业大学联合培养博士生褚丽阳与李珊珊副研究员为论文共同第一作者，李珊珊副研究员与向文胜教授为文章通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和农科院创新工程项目支持。 论文链接：http://doi.org/10.1111/1751-7915.13883