利用合成生物學技術促進刺糖多孢菌多殺菌素的高效合成

摘 要：多殺菌素是由刺糖多孢菌產生的次級代謝產物，具有綠色、高效、殺蟲譜廣等特點，是當前國際上生物殺蟲農藥的重點研究對象。多殺菌素及其類似物丁烯基多殺菌素的特殊結構決定了其殺蟲獨特的作用機理。當前，為滿足大規模工業化生產的需求，研究人員致力于提高多殺菌素及丁烯基多殺菌素的產量，其中應用合成生物學技術在提高產量上取得了突出成就。本文綜述了國內外通過合成生物學相關技術調控代謝途徑以提高多殺菌素和丁烯基多殺菌素產量的研究，重點從底盤細胞改造與優化、合成生物系統構建、基因路線改造、代謝網絡調控等方面進行了闡述，并提出和探討了利用合成生物學技術進一步提高多殺菌素產量的技術策略，同時對未來的研究方向進行了展望，為利用合成生物學技術促進多殺菌素的生物合成提供了新的研究策略。

關鍵詞：多殺菌素；刺糖多孢菌；合成生物學；基因編輯；代謝途徑調控

中圖分類號：Q81" " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標志碼：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.05.002

Abstract： Spinosad， a secondary metabolite produced by Saccharopolyspora spinosa， has garnered significant attention globally due to its environmentally friendly and broad-spectrum insecticidal properties. The unique structure of spinosad and its analog， butenyl-spinosyn， underlies their distinctive mode of action. To meet the demands of large-scale industrial production， research teams worldwide have been striving to enhance the yields of spinosad and butenyl-spinosyn， with remarkable achievements accomplished through the application of synthetic biology techniques. This review summarizes the research conducted domestically and internationally on the regulation of metabolic pathways at various levels using synthetic biology techniques to improve the production of spinosad and butenyl-spinosyn. It focuses on four key aspects： chassis cell modification and optimization， multi-omics analysis， genetic circuit modification， and metabolic network regulation. Furthermore， it provides an outlook on future research directions in this field， and provides a new research strategy to promote the biosynthesis of spinosad by synthetic biology technology.

Key words： spinosad; Saccharopolyspora spinosa; synthetic biology; gene editing; metabolic pathway regulation

（Acta Laser Biology Sinica， 2024， 33（5）： 400-407）

我國作為農業第一大國，糧食生產是國民經濟的基礎，為確保糧食生產安全，必須對糧食作物實施害蟲防治。目前，在實際生產中對蟲害的防治措施主要為施用化學農藥。然而，對化學農藥的過度依賴將導致害蟲產生抗藥性，因結構特殊，殘留的化學農藥在土壤中不易降解，對昆蟲天敵和牲畜產生毒害，污染環境，從而影響食品安全和危害人體健康［1-2］。生物農藥是生物體本身或其代謝產物，分為動物源農藥、植物源農藥和微生物農藥，其中，防治效果最顯著的一類為微生物農藥，尤其是微生物產生的次級代謝產物，如阿維菌素（avermectin）、鏈霉素（streptomycin）、紅霉素（erythromycin）等多種生物殺蟲劑［3］。目前發現的天然殺蟲劑中，約70%為放線菌產生。放線菌次級代謝產物從結構上可分為：聚酮類化合物、多肽類、核苷類、β-內酰胺類等［4］，其中對聚酮類化合物的研究最多。這種環境友好型的生物殺蟲劑符合國際上倡導的綠色、環保、安全和可持續發展等理念，對未來實施安全有效的病蟲害防治、防止有殘留化學農藥污染尤為重要。

刺糖多孢菌（Saccharopolyspora spinosa）是一種隸屬于糖多孢菌屬的革蘭氏陽性放線菌，它經有氧發酵產生的次級代謝產物——多殺菌素（spinosad）具有安全、高效和廣譜殺蟲活性。多殺菌素為淺灰白色的固體結晶，在空氣中不易揮發，可對多種害蟲產生毒性，并具有高效毒殺性，能用于食品害蟲防治，是最有發展前景的綠色殺蟲劑［5］。而丁烯基多殺菌素（butenyl-spinosyn）是由同為糖多孢菌屬的須糖多孢菌（Saccharopolyspora pogona）產生的次級代謝物，C21位為丁烯基，理化性質與多殺菌素類似，但其殺蟲譜更廣，對蘋果蠹蛾、櫻桃果蠅雌蠅的防效強于多殺菌素［6-8］。多殺菌素與丁烯基多殺菌素的分子結構見圖1。

然而，合成多殺菌素和丁烯基多殺菌素的野生型菌株發酵產量低、發酵周期長及發酵不穩定，從而限制了其進一步工業化擴大生產和推廣應用。因此，構建工程菌增加其產量尤為重要。為提高多殺菌素產量，早年的研究主要聚焦于菌種誘變選育和優化發酵條件，而近年來，研究人員在利用基因工程技術的基礎上主要采取合成生物學技術解決菌株低產的問題。與傳統的誘變選育不同的是，合成生物學技術針對菌株基因組進行底盤改造、相關基因定向修飾和代謝路線設計，更具有高效靶向性，方向與目的更明確［10］。本文主要綜述了通過合成生物學技術提高多殺菌素和丁烯基多殺菌素產量的研究進展，重點介紹了底盤細胞的改造與優化、合成生物系統構建、基因路線改造與代謝調控等策略的應用及效果。

1 底盤細胞的改造與優化

隨著合成生物學技術的發展，采用改造底盤異源表達策略在微生物次級代謝產物的合成中的應用日益受到重視。Zabala等［11］的研究揭示了在灰色鏈霉菌（Streptomyces glaucescenst）等多種鏈霉菌中異源表達麥迪霉素（medimycin）基因簇的乙酰輔酶A羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC）的基因能有效提高多種抗生素，如埃洛霉素（elomycin）、諾加霉素（nogamycin）、阿克拉霉素A（akramycin A）等的產量。在多殺菌素的異源表達方面，常用的底盤細胞包括白色鏈霉菌（Streptomyces albus）、天藍色鏈霉菌（Streptomyces coelicolor）和變鉛青鏈霉菌（Streptomyces lividans）［12-13］。然而，這些異源表達菌株產生的多殺菌素產量極低，這可能由兩大主要原因造成。首先，新宿主細胞對spn等外源基因簇的適應性和識別能力有限，導致基因簇在新宿主中的表達效率低下。其次，調控多殺菌素基因簇的多種調控因子在異源菌株中不存在或功能受損，無法像在刺糖多孢菌中那樣發揮有效的調控作用，進一步削弱了基因簇的表達強度。為了解決上述問題，研究人員采用了合成生物學方法，在異源表達的基礎上進行優化，從而顯著提高了多殺菌素在底盤細胞中的表達水平。Song等［14］在體外克隆79 kb多殺菌素合成基因簇的基礎上，對各個基因表達模塊進行啟動子優化并將其導入白色鏈霉菌，使得多殺菌素產量相比原始基因簇提高了328倍。然而，該工程菌會產生多種副產物，如N-單去甲基多殺菌素。因此，Li等［15］在上述研究的基礎上過表達了甲氨酸甲基轉移酶和甲氨酰轉移酶基因，這不僅降低了副產物的生成，還進一步將多殺菌素的產量提升到（5.8±0.4） mg/L。An等［16］在白色鏈霉菌中異源表達多殺菌素基因簇，同時利用強啟動子過表達spnABC、spnD、spnE，再將ACC、丙酰輔酶A羧化酶（propionyl-CoA carboxylase，PCC）和?；o酶A羧化酶（acyl-CoA carboxylases，AcsA）的基因過表達，并優化了培養基的碳源，最終使多殺菌素的產量達到了70 mg/L，在異源鏈霉菌中實現了較高的產量。另一方面，Li等［17］在天藍色鏈霉菌中異源表達了多殺菌素生物合成基因簇，并將其拷貝數增加到5個，從而使多殺菌素產量相比只攜帶1個拷貝的原始菌株提高了224倍。此外，紅色糖多孢菌（Saccharopolyspora erythraea）也常被用作異源生產多殺菌素的底盤菌株。易卓等［18］通過原生質體融合，將不產紅霉素的紅色糖多孢菌與刺糖多孢菌結合，在不加抗生素的條件下成功篩選出一株產量提高了331%的菌株。而Huang等［19］將紅色糖多孢菌紅霉素基因簇替換為多殺菌素基因簇，并在異源表達基礎上通過代謝工程改造，如過表達spnF和spnG等基因，使多殺菌素產量提高了23倍，最后再經過紫外誘變處理后，多殺菌素產量進一步提高了2.7倍。盡管目前異源底盤細胞中多殺菌素的產量低于100 mg/L，但這些研究仍展現了合成生物學在優化微生物代謝途徑和提高產物產量方面的巨大潛力。

2 合成生物系統構建

多殺菌素生物合成過程十分復雜，不僅需要大量的初級代謝中間物作為其前體合成單元，還需要高效的調控機制來完成由初級代謝到次級代謝的轉變，實現各種胞內代謝物的精確組裝與修飾。為從系統水平上深入了解多殺菌素生物合成代謝調控網絡，揭示影響多殺菌素生物合成的限制性因素，構建多殺菌素高效合成生物系統，研究人員在開展組學研究的基礎上，基于全基因組序列完成了刺糖多孢菌代謝網絡模型構建，有效建立起了初級代謝與多殺菌素生物合成之間的系統［20］。Liu等［21］對野生型刺糖多孢菌進行了3個不同生長發育時期的時序轉錄組分析，發現多殺菌素生物合成基因簇如pepM自身表達水平極低。對高產工程菌進行組學分析有助于精準挖掘影響多殺菌素生物合成的決定性因素。Zhang等［22］基于比較轉錄組分析，發現碳代謝途徑與多殺菌素合成密切相關，尤其是丙酮酸與磷酸烯醇式丙酮酸在高產工程菌中存在大量積累。Luo等［23］對基于原生質體再生技術獲得的多殺菌素高產菌PR2與出發菌株進行比較蛋白質組學研究，發現與合成底物供應相關的琥珀酰輔酶A合酶、丙酮酸激酶和6-磷酸果糖激酶等在高產菌株PR2中表達量上調是促進多殺菌素合成的重要原因。Zhao等［24］對野生型刺糖多孢菌和紫外誘變高產菌株WH124進行比較代謝組學分析時指出，菌株WH124是因為細胞整體基礎代謝能力較強，如乙酰輔酶A、琥珀酸、α-酮戊二酸、ATP等的檢測豐度要明顯高于出發菌株，能為多殺菌素生物合成提供更多的前體和能量。

對于丁烯基多殺菌素而言，乙酰輔酶A、丙二酰輔酶A、甲基丙二酰輔酶A、鼠李糖和福樂糖胺也是其生物合成的重要前體。此前的研究構建了須糖多孢菌的代謝網絡，并在以葡萄糖為主要碳源的發酵培養基中，結合動態轉錄組與靶向代謝組分析，對涉及須糖多孢菌生物代謝網絡中的基因和代謝物進行了時序表達分析研究，發現丁烯基多殺菌素生物合成基因簇存在整體表達水平低且持續下調的特點［25］。結合菌株生長曲線與丁烯基多殺菌素合成累積曲線分析可知，丁烯基多殺菌素主要是在對數期晚期開始合成，但此時，胞外葡萄糖含量已從初始值20 g/L快速降為3.87 g/L，導致丁烯基多殺菌素在合成時已無更多的碳源可供利用。而且，大多數與糖酵解和三羧酸（tricarboxylic acid，TCA）循環相關的中間代謝物在生長對數期具有最高檢測豐度，在對數期晚期檢測豐度開始持續下降［26-27］。

通過多組學分析可以知道，野生型刺糖多孢菌和須糖多孢菌的自身基因簇表達水平低、基礎代謝能力弱、合成底物供應不足是導致其多殺菌素和丁烯基多殺菌素產量低的主要限制因素。因此，根據刺糖多孢菌代謝特點，利用合成生物學技術構建多殺菌素高效合成生物系統，可有效促進多殺菌素的高效合成。

3 基因路線的改造

全基因組序列分析可以幫助構建基因組規模代謝模型，從而確定多殺菌素合成的關鍵基因路線。采用合成生物學技術改造和優化基因路線，能夠實現建立高效生物合成多殺菌素的基因路線。在多殺菌素和丁烯基多殺菌素的生物合成過程中，有23個基因直接參與其中，它們主要負責合成和修飾大環內酯骨架、鼠李糖和福樂糖胺等結構，通過過表達這些基因，可以顯著提高兩者的產量。前期的研究中，Madduri等［28］發現，單獨克隆鼠李糖合成相關基因對多殺菌素產量沒有影響，而gtt和gdh基因的共表達卻能明顯提升產量。Xue等［29］發現，位于多殺菌素生物合成基因簇中的6個基因（即spnP、spnO、spnN、spnQ、spnR和spnS）對于福樂糖胺的合成至關重要。他們同時表達這6個基因與參與鼠李糖甲基化的spnK后，多殺菌素產量提高了2.6倍。另外，過表達上述spnK、spnN等7個基因和參與鼠李糖合成的3個基因（gtt、gdh和kre）后，多殺菌素產量能夠進一步提高到野生型的5倍。Tang等［30］將多殺菌素生物合成基因簇中除spnA～E與大環內酯相關基因外的14個基因同時過表達，使多殺菌素產量提高了3.88倍。同樣，Bridget等［31］將糖胺和鼠李糖基因共表達可以提高多殺菌素產量到野生型的13倍，再將該方法與紫外線照射技術相結合，多殺菌素產量是紫外線單獨誘變菌的7倍以及原始菌的17倍。另外，通過使用強啟動子可以增加基因表達倍數，從而提高多殺菌素的產量。如Pan等［32］在PermE*啟動子的控制下引入額外的gtt和gdh基因，使 多殺菌素產量提高了3倍。在紫外線誘變的刺糖多孢菌基礎上過表達metK1、rmbA、rmbB，可使多殺菌素A和D的產量進一步提高7.44和8.03倍［33］。Rang等［25］通過將聚酮合成酶的啟動子替換為強啟動子PermE*，使丁烯基多殺菌素的產量增加了3.25倍。

4 代謝網絡的調控

4.1 多殺菌素合成前體調控

在對數生長期，放線菌大量消耗營養以滿足生長發育的需要，當外部營養消耗殆盡，放線菌將過渡至穩定生長期，此時將主要合成次級代謝物［34］。這一過程揭示了菌株生長與次級代謝物合成之間的關聯。乙酰輔酶A是聚酮化合物的重要前體，它主要是通過初級代謝產生，如糖酵解和脂肪酸降解。在聚酮化合物的合成過程中，乙酰輔酶A發揮著關鍵作用。為了提高聚酮化合物的產量，合理調節三?；视涂梢栽黾右阴］o酶A的碳通量，使更多的乙酰輔酶A進入TCA，以此增加刺糖多孢菌的菌體生物量，同時能夠合成更多的乙酰輔酶A，使其進入多殺菌素的合成途徑中［35］。一些研究顯示，在刺糖多孢菌生長發育穩定期添加外源脂肪酸和油酸甲酯，能轉化產生更多的乙酰輔酶A和丙二酰輔酶A，為多殺菌素的生物合成提供必要的能量和前體物質［36］。次級代謝是一個需要消耗大量能量的過程，當以甘露醇作主要碳源時，它能直接提供更多的ATP和合成更多的乙酰輔酶A等前體物質，從而促進多殺菌素的合成［37］。與此類似，以甘露糖為碳源也能提高丁烯基多殺菌素的產量［38］。

除了主要營養物質外，無機鹽的添加也能促進生長代謝相關酶的活性，從而促進多殺菌素的合成［39-40］。適量的磷對多殺菌素的合成有促進作用，但過量的磷會產生抑制作用。Wan等［41］對培養基中磷酸鹽的適宜濃度進行研究，發現當添加5 mmol/L磷酸鹽和5 g/L碳酸鈣時，雖然會降低菌體生物量，但卻能提高多殺菌素的產量。目前已知放線菌中有兩種雙組分系統參與磷酸鹽調控：PhoR-PhoP系統和SenX3-RegX3系統［42-43］。Rang等［44］對SenX3-RegX3系統進行了研究，發現當regX3過表達時，須糖多孢菌胞內磷含量增加導致生長受阻，同時，當regX3失活時，乙酰輔酶A更多地進入TCA循環，兩種情況均導致丁烯基多殺菌素的產量下降。然而，PhoU作為磷酸鹽運輸系統的調節蛋白，能夠消除磷酸鹽對次級代謝前體合成的抑制，Tang等［45］通過過表達phoU基因成功使丁烯基多殺菌素產量增加2.2倍。

4.2 過表達正調控基因

多殺菌素和丁烯基多殺菌素作為聚酮類化合物，由多功能聚酮合成酶PKS以丙輔酶A或乙酸為起始單位，在菌體穩定生長時期催化而成，涉及到的前體有乙酰輔酶A、丙二酰輔酶A、甲基丙二酰輔酶A等，這些均為初級代謝的產物。通過遺傳與生化分析得到了刺糖多孢菌初級代謝和多殺菌素次級代謝之間的調控網絡，有助于未來了解多殺菌素合成的控制節點，以此提高多殺菌素的產量［46］。Wang等［20］通過過表達轉氫酶基因pntAB，使多殺菌素產量提高了86.5%，這是因為PntAB能促進NADP+向NADPH轉化，為次級代謝物的生成提供更多能量。與PntAB相同，BldD也是一種多效調控因子，能與多種調控基因啟動子結合激活其轉錄，進而激活次級代謝物相關基因的轉錄。通過將bldD置于紅霉素強啟動子PermE*下過表達，可以使多殺菌素產量提高1.35倍［47］。此外，Rang等［25］將琥珀酸半醛脫氫酶gabD基因過表達可以使丁烯基多殺菌素產量提高40%。值得注意的是，TetR家族蛋白基因在次級代謝物的合成過程中通常起負調控作用。但研究人員發現：sp2854基因可以通過調控糖代謝影響菌株生長發育和丁烯基多殺菌素的生物合成［48］；通過過表達sp13016可以提高有利于丁烯基多殺菌素合成相關基因簇的表達水平，顯著增加丁烯基多殺菌素產量，使其提高了2.86倍［27］；同樣地，過表達sp1418也可顯著提高其產量［49］。

乙?；玫鞍讌⑴c乙酰輔酶A的代謝，是多殺菌素合成的關鍵步驟之一。Liu等［50］通過將acuC基因過表達，使多殺菌素A和D分別提高了1.82倍和1.63倍。此外，谷氨酰胺合成酶基因glnA的過表達可以使多殺菌素產量提高到野生型的170%［51］。Cao等［52］將sspirin基因過表達也能使多殺菌素產量提高，而添加MnCl2后，該過表達菌株的產量進一步提高到野生型菌株的2.5倍。pII信號轉導蛋白基因是一種氮調控基因，其過表達菌株中丁烯基多殺菌素產量將提高到245%［53］。除了上述方法外，還可通過過表達多核苷酸磷酸化酶pnp基因使丁烯基多殺菌素的產量提高1.92倍［54］。上述研究結果表明了基因調控在多殺菌素合成中的重要作用。

4.3 敲除負調控基因

通過深入研究次級代謝物合成的調控機制，研究人員發現敲除一些代謝網絡中的負調控因子可顯著促進目標代謝產物的合成。通過阻斷磷酸甘露酶基因manB，增強了刺糖多孢菌合成乙酰輔酶A的能力，為多殺菌素的合成提供了更多前體［55］。Liu等［21］敲除了磷酸烯醇式丙酮酸磷酸轉移酶基因pepM，使多殺菌素A和D的產量分別提高了2.14倍和1.76倍。此外，阻斷亮氨酰氨肽酶基因pepA后，多殺菌素產量將相比原始菌提高到122.1%［56］。除了以上提到的基因外，還有其他基因對多殺菌素的合成具有調控作用。例如，Yang等［57］利用差異蛋白質組分析刺糖多孢菌野生型和metE缺失型菌株，發現metE缺失顯著影響甲硫氨酸的合成，而甲硫氨酸為多殺菌素合成的前體之一，缺失該基因將會使多殺菌素產量下降。

丁烯基多殺菌素的合成也涉及到很多負調控因子。例如，將編碼GDP-巖藻糖合成酶的fcl基因敲除后，該敲除菌株不僅能影響菌株的生長形態，還能通過影響丁烯基多殺菌素的前體供應提高其產量［58］。此外，環境中的鐵離子也對須糖多孢菌的生長和次級代謝產物的生成產生影響，而細菌鐵蛋白可以調節鐵離子的儲存和利用。Tang等［59］利用CRISPR-Cas9系統敲除bfr基因后，突變株bus基因表達水平上調，從而使丁烯基多殺菌素產量提高3.14倍。同時，PadR也是一種轉錄調控因子，在次級代謝物生成中主要起負調控作用，敲除padR基因后丁烯基多殺菌素產量提高了27.3%［60］。tetR家族蛋白sp1288基因能與丁烯基多殺菌素生物合成基因啟動子結合阻遏轉錄，敲除該基因后須糖多孢菌丁烯基多殺菌素產量將比野生型增加了3.1倍［61］。這些研究結果表明，正調控因子的過表達和負調控因子的敲除均能有效提高目標次級代謝物的生成。

4.4 敲除競爭性基因簇

刺糖多孢菌和須糖多孢菌中除了具有強烈殺蟲活性的多殺菌素和丁烯基多殺菌素外，還有其他三十多種次級代謝物的基因簇，這些基因簇大多依賴于乙酰輔酶A和丙二酰輔酶A等前體物質進行生物合成，這將導致多殺菌素與丁烯基多殺菌素對上述前體物質的可利用性受到不同次級代謝途徑之間的競爭抑制。為了解決這一問題，研究者們對這些基因簇進行了敲除操作。He等［26］對須糖多孢菌基因組中的clu4、clu13和clu22三種聚酮類基因簇進行了阻斷，發現對clu13基因簇（即類淺黃霉素基因簇）的阻斷能使丁烯基多殺菌素的產量提高4.06倍。Rang等［62］利用Latour系統對須糖多孢菌基因組中的clu14基因簇進行了阻斷，同樣使丁烯基多殺菌素的產量提高了4.72倍。以上研究說明，通過阻斷競爭性聚酮化合物基因簇來減少對乙酰輔酶A和丙二酰輔酶A等前體物質競爭性利用是促進目標聚酮化合物合成的有效策略。

通過調控代謝途徑網絡，可以找到很多有效提高次級代謝物產量的策略，這些策略不僅有助于加深對代謝途徑的研究，還對進一步促進目標次生代謝產物合成有著重要意義。

5 總結與展望

農業病蟲害的綠色無污染防治對于我國這一農業大國而言具有重大的戰略意義。傳統的化學農藥已無法滿足國民對農產品安全的日益增長的需求和環保要求。因此，發掘和利用安全生物殺蟲劑，如多殺菌素和丁烯基多殺菌素顯得尤為重要。然而，由于這些天然代謝產物的發酵周期長、產量低，限制了其在農業中的廣泛應用。因此，尋找能夠穩定提高其產量的策略迫在眉睫。多殺菌素和丁烯基多殺菌素作為聚酮化合物，展現出復雜且多樣的結構，賦予了高效廣譜的殺蟲活性。然而，結構再復雜的物質也是由簡單的小分子逐步構建而成的。這兩種抗生素的生物合成起始于?；o酶A，經過形成線性聚酮鏈、環化反應、再加上糖苷配基，最后進行包括甲基化在內的修飾過程。鏈霉菌中除了這兩種抗生素以外，還包括許多其他的聚酮化合物。這些化合物都依賴于乙酰輔酶A、丙二酰輔酶A等前體物質進行生物合成。在這一過程中，不同的聚酮化合物之間存在著相互競爭。除此之外，菌株的生長需要消耗外界營養以構建自身結構：初級代謝產生的乙酰輔酶A進入TCA，為菌株的生長提供能量；同時，菌株還需要利用乙酰輔酶A作為底物，合成糖類和脂肪酸等能量物質。這些對乙酰輔酶A等前體物質的競爭關系，使得能夠參與多殺菌素及丁烯基多殺菌素生物合成途徑的物質數量非常有限，這也直接導致了這兩種次生代謝產物的自然發酵產量較低。它們的特殊結構表明，各種調控因子在合成途徑中起到至關重要的作用［63］。因此，通過全基因組測序、定量蛋白質組分析和基因編輯技術的結合，我們能夠利用合成生物學技術精確調控代謝途徑，顯著提高刺糖多孢菌多殺菌素和須糖多孢菌丁烯基多殺菌素的產量。過去的研究主要集中在利用化學和物理誘變等常規育種技術，雖然能在一定程度上提高產量，但是存在穩定性差、篩選任務重等問題。相比之下，合成生物學技術主要利用基因編輯技術，因此具有更高的靶向性和明確性，可針對相關基因進行定向修飾，從而能有效提高放線菌次生代謝產物的產量［64］。在突破刺糖多孢菌多殺菌素高效合成的研究中，可以結合利用基因組學、轉錄組學、蛋白質組學與代謝組學等方法，采取基因編輯技術、啟動子工程、同源重組技術和表觀遺傳修飾等合成生物學手段，合理調控代謝通路和優化底盤細胞，使得前體物質能夠更多地流向目標代謝物生物合成途徑。

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