近日，国际合成生物学领域权威期刊《ACS Synthetic Biology》在线发表了代谢与发育科学国际合作联合实验室赵心清教授与美国德克萨斯大学奥斯汀分校Hal Alper教授的合作研究成果“Design, evolution, and characterization of a xylose biosensor in Escherichia coli using the XylR/xylO system with an expanded operating range”。上海交通大学博士生唐瑞琪为论文第一作者，赵心清教授与Hal Alper教授为共同通讯作者。

     木质纤维素作为可再生原料，具有来源多、分布广的特征，在社会和经济的可持续发展中具有可观的应用前景。木糖是木质纤维素水解产物中含量仅次于葡萄糖的可发酵糖，提高其利用效率对于水解液的高效全糖转化至关重要。因此，构建和筛选出能高效利用木糖等混合糖的重组微生物菌株是木质纤维素生物炼制的重要研究内容。近年来，针对不同底物或代谢产物所设计的各种生物传感器被广泛应用到高通量菌株筛选中。传统木糖传感器的浓度响应范围非常有限，一般在较低的木糖浓度（3 g/L）下即达到饱和，使其无法在高标准浓度的发酵环境下响应检测，限制了木糖传感器在菌株筛选中的应用。因此，构建具有较大梯度响应范围的木糖感应器对于高效筛选重组微生物菌株具有重要意义。

图  XylR突变体文库的筛选

       该研究以大肠杆菌木糖激活因子（XylR）及相应结合位点（xylO）为基础，通过基于荧光的三步细胞分选法，在野生型高灵敏度木糖传感器的基础上，定向进化出“相对弱势”——即对木糖不灵敏的突变型木糖传感器。通过易错PCR和流式细胞仪筛选的突变型木糖传感器，可在0-10 g/L木糖中产生良好的梯度响应，梯度响应范围得到了大幅提高，为后续重组菌株的高通量筛选方法提供了研究基础。同时，XylR/xylO系统还可用于β-半乳糖苷酶和番茄红素等生物合成途径的木糖诱导表达，为其他生物传感器的设计和进化提供了新思路。该研究得到国家自然科学基金委重点项目(No. 21536006)、微生物代谢国家重点实验室开放课题(No.MMLKF19-01)等资助。

       赵心清教授所在的上海交通大学工业微生物与生物过程工程(IMBE)研究室在团队负责人白凤武教授的领导下，多年从事微生物资源开发、微生物代谢工程和合成生物学改造、发酵过程优化和生物质高效转化相关研究，所取得的研究成果发表在Metabolic Engineering, Biotechnology and Bioengineering， Bioresource Technology等国际期刊，并申请和授权了多项专利，为提高绿色生物制造效率和社会的可持续发展做出了贡献。