Tunable control of insect pheromone biosynthesis in Nicotiana benthamiana.
Tunable control of insect pheromone biosynthesis in Nicotiana benthamiana.
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DOI：
10.1111/pbi.14048
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发表时间：
2023-07
影响因子：
13.8
通讯作者：
Patron, Nicola
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kallam, Kalyani;Moreno-Gimenez, Elena;Mateos-Fernandez, Ruben;Tansley, Connor;Gianoglio, Silvia;Orzaez, Diego;Patron, Nicola
关键词：
以前的工作已经证明，植物可以用作生产用于健康、医药和农业的分子的平台。在稳定的转基因植物和使用瞬时表达策略的情况下，生产都是例证。特别是，对烟草的物种进行了改造，以产生一系列有用的分子，包括昆虫性信息素，这些信息素对特定物种控制农业害虫有价值。到目前为止，大多数研究都依赖于所有途径基因的强结构性表达。然而，在微生物中的研究表明，可以通过控制和平衡基因表达来提高产量。因此，控制基因表达时间和水平的合成调控元件对于最大化异源生物合成途径的产量是有用的。在这项研究中，我们展示了利用途径工程和合成遗传元件来控制鳞翅目昆虫性信息素在烟草中产生的时间和水平。我们证明，铜可以作为一种低成本的分子，用于严格调控诱导表达。此外，我们还展示了构建结构如何影响相对基因表达，从而影响多基因构建中的产品产量。我们比较了一些合成的正交调控元件，并证明了由基于dCas9的合成转录激活剂介导表达的构建物具有最高的产量。这里展示的方法为植物代谢途径的异源重建提供了新的见解。
Previous work has demonstrated that plants can be used as production platforms for molecules used in health, medicine, and agriculture. Production has been exemplified in both stable transgenic plants and using transient expression strategies. In particular, species of Nicotiana have been engineered to produce a range of useful molecules, including insect sex pheromones, which are valued for species‐specific control of agricultural pests. To date, most studies have relied on strong constitutive expression of all pathway genes. However, work in microbes has demonstrated that yields can be improved by controlling and balancing gene expression. Synthetic regulatory elements that provide control over the timing and levels of gene expression are therefore useful for maximizing yields from heterologous biosynthetic pathways. In this study, we demonstrate the use of pathway engineering and synthetic genetic elements for controlling the timing and levels of production of Lepidopteran sex pheromones in Nicotiana benthamiana. We demonstrate that copper can be used as a low‐cost molecule for tightly regulated inducible expression. Further, we show how construct architecture influences relative gene expression and, consequently, product yields in multigene constructs. We compare a number of synthetic orthogonal regulatory elements and demonstrate maximal yields from constructs in which expression is mediated by dCas9‐based synthetic transcriptional activators. The approaches demonstrated here provide new insights into the heterologous reconstruction of metabolic pathways in plants.
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