大肠杆菌基因型的“定制化革命”：从功能解析到高价值产物定向合成

大肠杆菌作为分子生物学与合成生物学领域的 “模式菌株”，其基因组的可塑造性为科研与产业应用提供了无限可能。野生型大肠杆菌基因组含 470 万个碱基对与 4288 个基因，通过基因水平转移、重组及定向编辑，可实现特定基因型的改造，进而赋予菌株新的代谢功能 —— 从废弃 PET 塑料转化为香兰素、对乙酰氨基酚，到高效合成依克多因、聚酮类化合物，甚至将葡萄糖转化为燃油成分，基因型的精准调控已成为驱动 “废物升级循环” 与 “绿色生物制造” 的核心动力。

大肠杆菌的基因型可按功能分为重组调控、甲基化修饰、点突变诱导、核酸内切酶、终止密码子抑制、抗药性、代谢通路七大核心类别，不同类别基因型的协同改造，是实现菌株 “定制化功能” 的关键，如下：

大肠杆菌基因型分类表.pdf

大肠杆菌基因型的表示需遵循严格的科学规范，其核心是通过简洁符号反映基因的功能、变异类型及表型关联，这是精准改造与菌株筛选的基础。

基因型表示的六大核心规则：

• 三字母斜体缩写：以基因产物或功能的英文名称首字母缩写为基础，用三个斜体字母表示，如编码 DNA 腺嘌呤甲基化酶的基因表示为dam（DNA_Adenine_Methylase），编码重组酶的基因表示为recA（Recombination）。

• 功能差异区分：当不同基因变异导致相同功能结果时，在三字母后加大写字母区分，例如recA、recB、recC均与 DNA 重组相关，但编码不同亚基，功能互补。

• 缺失型标注：基因或基因簇缺失时，在基因型前加 “Δ” 符号，如Δ(lac-proAB)表示lac与proAB基因簇共同缺失，这类菌株常需在培养基中补充乳糖或脯氨酸才能生长。

• 质粒 / 噬菌体标识：含质粒或噬菌体插入片段时，用 “/” 连接，如/F[traD36、proAB、lacI、lacZΔM15]表示菌株携带 F 因子，且 F 因子上含traD36变异及proAB、lacI等基因，lacZΔM15为 β- 半乳糖苷酶 α 片段缺失，需与含 α 片段的载体互补才能显色。

• 表型替代表示：抗药性等可直接观察的表型，用 “抗性符号 + 大小写 /±/r” 表示，如Str^r（Streptomycin resistance）代表链霉素抗性，Amp^s（Ampicillin sensitivity）代表氨苄青霉素敏感，简化实验筛选标识。

• 特异性蛋白变异：结合蛋白变异及功能缺失标注，如hsdS20 (rB⁻ mB⁻)，S20表示特异性识别蛋白变异，括号内rB⁻ mB⁻表示该变异导致 B 株来源的hsdR（限制酶功能）与hsdM（甲基化酶功能）缺失，使菌株失去对外源 DNA 的限制作用。

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