本发明涉及生物，特别涉及一种利用人源基因提升酵母菌株生长能力的方法及其应用。
背景技术：
1、upr(unfolded protein response，未折叠蛋白反应)信号通路，是一种维持蛋白质的体内平衡的细胞信号转导通路，以此增强内质网的蛋白加工处理能力。未折叠蛋白在内质网中聚集产生内质网应激，而upr是在真核细胞中缓解内质网应激的一种信号机制。在如高蛋白需求、病毒感染、突变蛋白表达、缺氧、能量缺失或过度的氧化应激都可以引起upr或内质网应激。upr主要有三个功能：阻塞蛋白翻译恢复体内平衡，蛋白质折叠相关分子伴侣的正向调控；负责靶向内质网中错误或未折叠蛋白的信号通路的上调，以介导泛素化降解。当内质网应激未缓解时，upr可诱导细胞凋亡。在人体内，upr与肿瘤高度相关，主要是由于upr的持续过度激活导致，这证明了upr通路可以延长细胞寿命、促进细胞增长。染色体合成技术是新兴的前沿合成生物学技术，目前该技术逐渐开始用于人造生命、dna存储、疾病模型构建等领域。
2、通过构建upr相关人工染色体来构建高性能人源化酵母具有重要的研究价值和现实意义。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供了一种利用人源基因提升酵母菌株生长能力的方法及其应用，针对人源未折叠蛋白应答通路，根据基因集设计并合成含有人类upr-perk途径的人工染色体，并在合成型酵母系统中构建并验证其可以提升酵母生长能力。该方法利用了人源基因的特点与人工染色体合成技术提升了酿酒酵母特性。
2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
3、本发明提供了基因元件组合，包括组合1、组合2、组合3或组合4；
4、所述组合1包括agr2、asns、atf3、atf4、bok、ccl2、cxcl8、ddit3、eif2ak3、eif2s1、herpud1、hspa5、igfbp1、nck1、nck2、nfe2l2、ppp1r15a和ppp1r15b；
5、所述组合2包括ptpn1、ptpn2、tmem33、atf6、cebpb、cebpg、dcp2和dis3；
6、所述组合3包括eif2s2、eif2s3、exosc1、exosc2、exosc3、exosc4、exosc5、exosc6、exosc7、exosc8、exosc9、khsrp、nfya、nfyb、nfyc和parn；
7、所述组合4包括agr2、asns、atf3、atf4、bok、ccl2、cxcl8、ddit3、eif2ak3、eif2s1、herpud1、hspa5、igfbp1、nck1、nck2、nfe2l2、ppp1r15a、ppp1r15b、ptpn1、ptpn2、tmem33、atf6、cebpb、cebpg、dcp2、dis3、eif2s2、eif2s3、exosc1、exosc2、exosc3、exosc4、exosc5、exosc6、exosc7、exosc8、exosc9、khsrp、nfya、nfyb、nfyc和parn。
8、本发明还提供了人工染色体，具有上述基因元件组合。
9、在本发明的一些具体实施方案中，上述人工染色体包括人工染色体1、人工染色体2、人工染色体3或人工染色体4；
10、所述人工染色体1具有agr2表达盒、asns表达盒、atf3表达盒、atf4表达盒、bok表达盒、ccl2表达盒、cxcl8表达盒、ddit3表达盒、eif2ak3表达盒、eif2s1表达盒、herpud1表达盒、hspa5表达盒、igfbp1表达盒、nck1表达盒、nck2表达盒、nfe2l2表达盒、ppp1r15a表达盒和ppp1r15b表达盒；
11、所述人工染色体2具有ptpn1表达盒、ptpn2表达盒、tmem33表达盒、atf6表达盒、cebpb表达盒、cebpg表达盒、dcp2表达盒和dis3表达盒；
12、所述人工染色体3具有eif2s2表达盒、eif2s3表达盒、exosc1表达盒、exosc2表达盒、exosc3表达盒、exosc4表达盒、exosc5表达盒、exosc6表达盒、exosc7表达盒、exosc8表达盒、exosc9表达盒、khsrp表达盒、nfya表达盒、nfyb表达盒、nfyc表达盒和parn表达盒；
13、所述人工染色体4具有agr2表达盒、asns表达盒、atf3表达盒、atf4表达盒、bok表达盒、ccl2表达盒、cxcl8表达盒、ddit3表达盒、eif2ak3表达盒、eif2s1表达盒、herpud1表达盒、hspa5表达盒、igfbp1表达盒、nck1表达盒、nck2表达盒、nfe2l2表达盒、ppp1r15a表达盒、ppp1r15b表达盒、ptpn1表达盒、ptpn2表达盒、tmem33表达盒、atf6表达盒、cebpb表达盒、cebpg表达盒、dcp2表达盒、dis3表达盒、eif2s2表达盒、eif2s3表达盒、exosc1表达盒、exosc2表达盒、exosc3表达盒、exosc4表达盒、exosc5表达盒、exosc6表达盒、exosc7表达盒、exosc8表达盒、exosc9表达盒、khsrp表达盒、nfya表达盒、nfyb表达盒、nfyc表达盒和parn表达盒。
14、在本发明的一些具体实施方案中，上述人工染色体的载体骨架包括pbx-ura或pbx-leu。
15、本发明还提供了上述基因元件组合或上述人工染色体在提高酵母生长活力中的应用。
16、本发明还提供了酵母菌株，具有上述基因元件组合或上述人工染色体。
17、在本发明的一些具体实施方案中，上述酵母菌株包括菌株1、菌株2、菌株3或菌株4；
18、所述菌株1具有上述人工染色体的所述人工染色体1；
19、所述菌株2具有上述人工染色体的所述人工染色体2；
20、所述菌株3具有上述人工染色体的所述人工染色体3；
21、所述菌株4具有上述人工染色体的所述人工染色体4。
22、在本发明的一些具体实施方案中，上述酵母菌株：
23、所述菌株1的保藏编号为cgmcc no.29977；和/或
24、所述菌株2的保藏编号为cgmcc no.29978；和/或
25、所述菌株3的保藏编号为cgmcc no.29979。
26、本发明还提供了提高酵母生长活力的方法，包括将人源perk通路相关基因整合至酵母基因组；
27、所述人源perk通路相关基因包括agr2、asns、atf3、atf4、bok、ccl2、cxcl8、ddit3、eif2ak3、eif2s1、herpud1、hspa5、igfbp1、nck1、nck2、nfe2l2、ppp1r15a、ppp1r15b、ptpn1、ptpn2、tmem33、atf6、cebpb、cebpg、dcp2、dis3、eif2s2、eif2s3、exosc1、exosc2、exosc3、exosc4、exosc5、exosc6、exosc7、exosc8、exosc9、khsrp、nfya、nfyb、nfyc或parn中的一种或多种。
28、在本发明的一些具体实施方案中，上述方法所述人源perk通路相关基因包括基因组合1、基因组合2、基因组合3或基因组合4；
29、所述基因组合1包括agr2、asns、atf3、atf4、bok、ccl2、cxcl8、ddit3、eif2ak3、eif2s1、herpud1、hspa5、igfbp1、nck1、nck2、nfe2l2、ppp1r15a和ppp1r15b；
30、所述基因组合2包括ptpn1、ptpn2、tmem33、atf6、cebpb、cebpg、dcp2和dis3；
31、所述基因组合3包括eif2s2、eif2s3、exosc1、exosc2、exosc3、exosc4、exosc5、exosc6、exosc7、exosc8、exosc9、khsrp、nfya、nfyb、nfyc和parn；
32、所述基因组合4包括agr2、asns、atf3、atf4、bok、ccl2、cxcl8、ddit3、eif2ak3、eif2s1、herpud1、hspa5、igfbp1、nck1、nck2、nfe2l2、ppp1r15a、ppp1r15b、ptpn1、ptpn2、tmem33、atf6、cebpb、cebpg、dcp2、dis3、eif2s2、eif2s3、exosc1、exosc2、exosc3、exosc4、exosc5、exosc6、exosc7、exosc8、exosc9、khsrp、nfya、nfyb、nfyc和parn。
33、本发明还提供了生长活力更高的酵母菌株的构建方法包括如下步骤：
34、步骤(1)：将表达模块序列分成若干段短序列，每个所述短序列首尾相互具有同源臂，长度为4500bps至5500bps，依照所述短序列合成短片段；
35、步骤(2)：取线性载体和所述短片段通过原生质体转化的方式导入酵母，所述线性载体和所述短片同源重组形成人工染色体，即获得生长活力更高的酵母菌株；
36、所述表达模块序列包括表达模块序列1、表达模块序列2、表达模块序列3或表达模块序列4；
37、所述表达模块序列1由含有同源臂的载体序列、agr2表达盒序列、asns表达盒序列、atf3表达盒序列、atf4表达盒序列、bok表达盒序列、ccl2表达盒序列、cxcl8表达盒序列、ddit3表达盒序列、eif2ak3表达盒序列、eif2s1表达盒序列、herpud1表达盒序列、hspa5表达盒序列、igfbp1表达盒序列、nck1表达盒序列、nck2表达盒序列、nfe2l2表达盒序列、ppp1r15a表达盒序列和ppp1r15b表达盒序列组成；
38、所述表达模块序列2由含有同源臂的载体序列、ptpn1表达盒序列、ptpn2表达盒序列、tmem33表达盒序列、atf6表达盒序列、cebpb表达盒序列、cebpg表达盒序列、dcp2表达盒序列和dis3表达盒序列组成；
39、所述表达模块序列3由含有同源臂的载体序列、eif2s2表达盒序列、eif2s3表达盒序列、exosc1表达盒序列、exosc2表达盒序列、exosc3表达盒序列、exosc4表达盒序列、exosc5表达盒序列、exosc6表达盒序列、exosc7表达盒序列、exosc8表达盒序列、exosc9表达盒序列、khsrp表达盒序列、nfya表达盒序列、nfyb表达盒序列、nfyc表达盒序列和parn表达盒序列组成；
40、所述表达模块序列4由含有同源臂的载体序列、agr2表达盒、asns表达盒、atf3表达盒、atf4表达盒、bok表达盒、ccl2表达盒、cxcl8表达盒、ddit3表达盒、eif2ak3表达盒、eif2s1表达盒、herpud1表达盒、hspa5表达盒、igfbp1表达盒、nck1表达盒、nck2表达盒、nfe2l2表达盒、ppp1r15a表达盒、ppp1r15b表达盒、ptpn1表达盒、ptpn2表达盒、tmem33表达盒、atf6表达盒、cebpb表达盒、cebpg表达盒、dcp2表达盒、dis3表达盒、eif2s2表达盒、eif2s3表达盒、exosc1表达盒、exosc2表达盒、exosc3表达盒、exosc4表达盒、exosc5表达盒、exosc6表达盒、exosc7表达盒、exosc8表达盒、exosc9表达盒、khsrp表达盒、nfya表达盒、nfyb表达盒、nfyc表达盒和parn表达盒。
41、在本发明的一些具体实施方案中，上述人工染色体、构建方法中，所述agr2表达盒由酵母内源启动子序列、nm_006408.4去除5'utr区域后的序列组成；所述asns表达盒由酵母内源启动子序列、nm_001352496.2去除5'utr区域后的序列组成；所述atf3表达盒由酵母内源启动子序列、nm_001674.4去除5'utr区域后的序列组成；所述atf4表达盒由酵母内源启动子序列、nm_001675.4去除5'utr区域后的序列组成；所述bok表达盒由酵母内源启动子序列、nm_032515.5去除5'utr区域后的序列组成；所述ccl2表达盒由酵母内源启动子序列、nm_002982.4去除5'utr区域后的序列组成；所述cxcl8表达盒由酵母内源启动子序列、nm_000584.4去除5'utr区域后的序列组成；所述ddit3表达盒由酵母内源启动子序列、nm_004083.6去除5'utr区域后的序列组成；所述eif2ak3表达盒由酵母内源启动子序列、nm_004836.7去除5'utr区域后的序列组成；所述eif2s1表达盒由酵母内源启动子序列、nm_004094.5去除5'utr区域后的序列组成；所述herpud1表达盒由酵母内源启动子序列、nm_014685.4去除5'utr区域后的序列组成；所述hspa5表达盒由酵母内源启动子序列、nm_005347.5去除5'utr区域后的序列组成；所述igfbp1表达盒由酵母内源启动子序列、nm_000596.4去除5'utr区域后的序列组成；所述nck1表达盒由酵母内源启动子序列、nm_006153.6去除5'utr区域后的序列组成；所述nck2表达盒由酵母内源启动子序列、nm_003581.5去除5'utr区域后的序列组成；所述nfe2l2表达盒由酵母内源启动子序列、nm_006164.5去除5'utr区域后的序列组成；所述ppp1r15a表达盒由酵母内源启动子序列、nm_014330.5去除5'utr区域后的序列组成；所述ppp1r15b表达盒由酵母内源启动子序列、nm_032833.5去除5'utr区域后的序列组成；所述ptpn1表达盒由酵母内源启动子序列、nm_002827.4去除5'utr区域后的序列组成；所述ptpn2表达盒由酵母内源启动子序列、nm_002828.4去除5'utr区域后的序列组成；所述tmem33表达盒由酵母内源启动子序列、nm_018126.3去除5'utr区域后的序列组成；所述atf6表达盒由酵母内源启动子序列、nm_007348.4去除5'utr区域后的序列组成；所述cebpb表达盒由酵母内源启动子序列、nm_005194.4去除5'utr区域后的序列组成；所述cebpg表达盒由酵母内源启动子序列、nm_001806.4去除5'utr区域后的序列组成；所述dcp2表达盒由酵母内源启动子序列、nm_152624.6去除5'utr区域后的序列组成；所述dis3表达盒由酵母内源启动子序列、nm_014953.5去除5'utr区域后的序列组成；所述eif2s2表达盒由酵母内源启动子序列、nm_003908.5去除5'utr区域后的序列组成；所述eif2s3表达盒由酵母内源启动子序列、nm_001415.4去除5'utr区域后的序列组成；所述exosc1表达盒由酵母内源启动子序列、nm_016046.5去除5'utr区域后的序列组成；所述exosc2表达盒由酵母内源启动子序列、nm_014285.7去除5'utr区域后的序列组成；所述exosc3表达盒由酵母内源启动子序列、nm_016042.4去除5'utr区域后的序列组成；所述exosc4表达盒由酵母内源启动子序列、nm_019037.3去除5'utr区域后的序列组成；所述exosc5表达盒由酵母内源启动子序列、nm_020158.4去除5'utr区域后的序列组成；所述exosc6表达盒由酵母内源启动子序列、nm_058219.3去除5'utr区域后的序列组成；所述exosc7表达盒由酵母内源启动子序列、nm_015004.4去除5'utr区域后的序列组成；所述exosc8表达盒由酵母内源启动子序列、nm_181503.3去除5'utr区域后的序列组成；所述exosc9表达盒由酵母内源启动子序列、nm_005033.3去除5'utr区域后的序列组成；所述khsrp表达盒由酵母内源启动子序列、nm_003685.3去除5'utr区域后的序列组成；所述nfya表达盒由酵母内源启动子序列、nm_002505.5去除5'utr区域后的序列组成；所述nfyb表达盒由酵母内源启动子序列、nm_006166.4去除5'utr区域后的序列组成；所述nfyc表达盒由酵母内源启动子序列、xm_017001364.3去除5'utr区域后的序列组成；所述parn表达盒由酵母内源启动子序列、nm_002582.4去除5'utr区域后的序列组成。
42、本发明还提供了生长活力更高的酵母菌株的构建方法，包括如下步骤：
43、步骤(1)：选择若干个人源perk通路相关基因序列，向每个人源perk通路相关基因序列添加启动子序列和终止子序列，组成多个人源perk通路相关表达盒序列，连接所述多个人源perk通路相关表达盒，在首尾处添加载体同源臂，组成表达模块序列；
44、步骤(2)：将所述表达模块序列分成若干段短序列，所述短序列相互首尾具有同源臂，根据所述短序列合成短片段；
45、步骤(3)：取线性载体和所述短片段通过原生质体转化的方式导入酵母，所述线性载体和所述短片同源重组形成人工染色体，获得具有所述人工染色体的重组酵母菌株；
46、步骤(4)：筛选所述重组酵母菌株，获得生长活力更高的酵母菌株；
47、所述人源perk通路相关基因选自agr2、asns、atf3、atf4、bok、ccl2、cxcl8、ddit3、eif2ak3、eif2s1、herpud1、hspa5、igfbp1、nck1、nck2、nfe2l2、ppp1r15a、ppp1r15b、ptpn1、ptpn2、tmem33、atf6、cebpb、cebpg、dcp2、dis3、eif2s2、eif2s3、exosc1、exosc2、exosc3、exosc4、exosc5、exosc6、exosc7、exosc8、exosc9、khsrp、nfya、nfyb、nfyc或parn中的一种或多种。
48、本发明的菌株、构建方法及其应用有如下效果：
49、该方法使用了酵母体系研究人源通路，利用了酵母操作简单、可以实现高通量筛选的特点研究操作较为复杂的人源体系中的功能，节省了大量成本。
50、生物保藏说明
51、生物材料：synvbxg1，分类命名：酿酒酵母(saccharomyces cerevisiae)，于2024年03月08日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏中心地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号；保藏编号为cgmcc no.29977。
52、本发明中所述synvbxg1即为上述保藏编号为cgmcc no.29977的酿酒酵母。
53、生物材料：synvbxg2，分类命名：酿酒酵母(saccharomyces cerevisiae)，于2024年03月08日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏中心地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号；保藏编号为cgmcc no.29978。
54、本发明中所述synvbxg2即为上述保藏编号为cgmcc no.29978的酿酒酵母。
55、生物材料：synvbxg3，分类命名：酿酒酵母(saccharomyces cerevisiae)，于2024年03月08日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏中心地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号；保藏编号为cgmcc no.29979。
56、本发明中所述synvbxg3即为上述保藏编号为cgmcc no.29979的酿酒酵母。
1.基因元件组合，其特征在于，包括组合1、组合2、组合3或组合4；
2.人工染色体，其特征在于，具有如权利要求1所述的基因元件组合。
3.如权利要求2所述的人工染色体，其特征在于，包括人工染色体1、人工染色体2、人工染色体3或人工染色体4；
4.如权利要求1所述的基因元件组合或如权利要求2或3所述的人工染色体在提高酵母生长活力中的应用。
5.酵母菌株，其特征在于，具有如权利要求1所述的基因元件组合或如权利要求2或3所述的人工染色体。
6.如权利要求5所述的酵母菌株，其特征在于，包括菌株1、菌株2、菌株3或菌株4；
7.如权利要求6所述的酵母菌株，其特征在于，包括：
8.提高酵母生长活力的方法，其特征在于，将人源perk通路相关基因整合至酵母基因组；
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述人源perk通路相关基因包括基因组合1、基因组合2、基因组合3或基因组合4；
10.生长活力更高的酵母菌株的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
