葉綠體合成生物學在光合生物功能改良領域展現(xiàn)出巨大應用潛力，有望為作物增產(chǎn)、高附加值化合物合成等重大需求提供解決方案。然而，當前該領域的發(fā)展嚴重受制于遺傳工具匱乏、植物系統(tǒng)實驗通量不足兩大核心瓶頸，導致功能元件篩選、代謝通路優(yōu)化等關鍵研究效率低下，難以實現(xiàn)規(guī)?；瘧?。
萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）憑借其獨特優(yōu)勢成為突破上述瓶頸的理想底盤：快速生長特性縮短了實驗周期，單葉綠體結構簡化了遺傳改造后的篩選流程，而其天然具備的高通量培養(yǎng)潛力，恰好契合合成生物學對規(guī)?；瘜嶒灥男枨?，為葉綠體工程研究提供了高效載體。
針對領域痛點，本研究構建了一套自動化葉綠體合成生物學平臺，核心突破在于實現(xiàn)了數(shù)千株葉綠體轉化株系的并行構建與高通量篩選，大幅提升了遺傳改造的效率與規(guī)模。為完善技術體系，研究團隊系統(tǒng)性擴展了葉綠體轉化的選擇標記與報告基因庫，豐富了基礎工具儲備；同時對 140 余種關鍵遺傳調(diào)控元件進行全面表征，涵蓋啟動子、非翻譯區(qū)（UTR）及基因間表達元件（IEE）等核心模塊，為精準調(diào)控基因表達提供了數(shù)據(jù)支撐。在此基礎上，建立了標準化 Phytobrick / 模塊化克?。∕oClo）組裝體系，實現(xiàn)了功能元件的模塊化拼接與高效重組，降低了多基因通路構建的技術門檻。
平臺的實用性通過兩項關鍵應用得到驗證：在元件優(yōu)化方面，通過簡化啟動子骨架設計構建篩選文庫，使約 10% 的轉化株呈現(xiàn)顯著熒光信號，為高活性啟動子的快速篩選提供了高效方案；在代謝工程方面，通過引入合成光呼吸旁路，工程菌株在環(huán)境 CO?條件下的生物量實現(xiàn) 3 倍提升，證實了平臺在光合效率改良中的顯著效果。
該自動化平臺不僅解決了當前葉綠體合成生物學研究中工具不足、通量低下的核心問題，更具備向高等植物轉移的潛力。其建立為規(guī)模化開展光合效率提升、高附加值化合物異源合成等研究奠定了技術基礎，有望加速葉綠體合成生物學從基礎研究向農(nóng)業(yè)、生物制造等應用領域的轉化，為光合生物資源的高效開發(fā)提供新路徑。
原文鏈接：A modular high-throughput approach for advancing synthetic biology in the chloroplast of Chlamydomonas
