Synth Syst Biotechnol | Ribo-seq应用：广西大学冯家勋/赵帅团队通过改造uORF增强草酸青霉纤维素酶产生

纤维素酶在利用植物生物质进行生物制造中扮演着不可或缺的角色，但其高昂的生产成本和不足的降解效率是当前面临的关键挑战。纤维素酶是一个多组分酶系，其中内切-β-1,4-葡聚糖酶（EG）在协同解构纤维素中起着关键的桥梁作用。

上游开放阅读框（uORF）是广泛存在于真核生物mRNA 5' UTR中的顺式调控元件，能够调控下游主开放阅读框（mORF）的表达。uORF的调控机制通常涉及影响核糖体对下游起始密码子的识别，或通过无义介导的mRNA降解（NMD）通路影响mRNA的稳定性。

尽管丝状真菌中纤维素酶基因表达的转录调控已被广泛研究，并鉴定出多个转录因子。然而，uORF在丝状真菌纤维素酶基因表达调控中的作用尚未见报道，是一个值得探索的新领域。

2026年3月1日，广西大学冯家勋和赵帅团队在Synthetic and Systems Biotechnology上发表了一篇题为“Modifying the upstream open reading frames of cellulase gene enhances cellulase production in Penicillium oxalicum”的论文。该研究在草酸青霉关键纤维素酶基因eg1的5' UTR中鉴定出三个功能性uORF（uORF1、uORF3和uORF7），并阐明了它们通过影响下游mRNA的稳定性而非翻译效率来调控基因表达。

文章索引

【标题】Modifying the upstream open reading frames of cellulase gene enhances cellulase production in Penicillium oxalicum

【发表期刊】Synthetic and Systems Biotechnology

【发表日期】2026年3月1日

【作者及团队】广西大学冯家勋和赵帅团队

【IF】4.4

研究结果

一、草酸青霉纤维素酶基因普遍存在uORF

研究者通过物理序列筛选结合Ribo-seq核糖体印迹分析，在草本草酸青霉HP7-1株系的25个纤维素酶基因中鉴定出23个基因含有uORF。

这些uORF的长度从6bp到210bp不等，且大多数使用非规范起始密码子（如TTG和CTG），其中关键内切葡聚糖酶基因eg1的5' UTR区域包含7个潜在的uORF。

二、eg1基因5' UTR中的uORF1、uORF3和uORF7具有调控功能

Western blot进一步证实，uORF1和uORF3是表达抑制因子，而uORF7是表达增强因子，且序列比对显示这3个uORF具有草本草酸青霉特异性。

三、改造功能性uORF可显著提升纤维素酶产量

通过在eg1过表达菌株中分别突变uORF1和uORF3的起始密码子，与亲本菌株ΔPoxKu70相比，改造菌株的羧甲基纤维素酶（CMCase）产量平均分别提高了91.7%和62.1%。

该结果证实了改造抑制性uORF是提高纤维素酶产量的有效策略。

四、功能性uORF通过NMD途径影响mRNA稳定性

通过实时定量PCR、转录抑制剂（放线菌素D）和翻译抑制剂（放线菌酮）处理实验发现，uORF1和uORF3会促进eg1 mRNA的降解，而uORF7则抑制其降解，且该过程依赖于NMD途径。

体外翻译实验表明，这三个uORF不影响翻译效率，其调控作用主要在mRNA稳定性层面。

总结

本研究系统筛选了草酸青霉纤维素酶基因中的uORF，并深入探究了关键内切葡聚糖酶基因eg1中三个功能性uORF的调控机制。研究结果不仅揭示了uORF通过调控mRNA稳定性影响真菌酶生物合成的关键作用，还通过基因编辑策略成功提高了纤维素酶产量，为工业菌株的分子改造提供了新思路。