PYR1 Biosensor-Driven Genome-Wide CRISPR Screens for Improved Monoterpene Production in Kluyveromyces marxianus

香叶醇 代谢工程 清脆的 Cas9 生物 生物化学 酵母 计算生物学 化学 基因 植物 精油
作者
Nicholas R. Robertson,Chase Lenert-Mondou,Alison C. Leonard,Aida Tafrishi,Stephanie Carrera,Sang Cheon Lee,Yuna Aguilar,L. Zamora,Trang Nguyen,Jesús Beltrán,Mengwan Li,Sean R. Cutler,Timothy A. Whitehead,Ian Wheeldon
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
被引量:2
标识
DOI:10.1021/acssynbio.4c00797
摘要

Monoterpenes are valued for their roles as flavors, fragrances, insecticides, and energy-dense fuels. Microorganisms provide sustainable biosynthesis routes for these important molecules, but production levels remain limited. Here, we introduce a biosensor-driven microbial engineering strategy to enhance monoterpene production, specifically targeting geraniol. Using mutagenized libraries of the PYR1 receptor─a versatile biosensor from plant ABA signaling pathways with a malleable binding pocket─we screened 24 monoterpenes and identified PYR1 variants responsive to eight, including geraniol. A low background, highly selective geraniol-sensitive PYR1 variant was expressed in the thermotolerant yeast Kluyveromyces marxianus as a growth-based biosensor circuit, allowing for rapid strain engineering. By coupling the geraniol-sensitive PYR1 sensor with a genome-wide CRISPR-Cas9 mutagenesis approach, we identified six gene knockouts that enhance geraniol production, achieving up to a 2-fold increase in titer. This study demonstrates the power of the PYR1 biosensor platform to enable rapid strain engineering and the identification of mutants that improve the titer of a desired metabolite.
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