Directed Evolution of Herbicide Biosensors in a Fluorescence-Activated Cell-Sorting-Compatible Yeast Two-Hybrid Platform

定向进化 酵母 定向分子进化 生物传感器 受体 单元格排序 突变体 合成生物学 生物 计算生物学 脱落酸 生物化学 配体(生物化学) 细胞 基因
作者
Gil Zimran,Erez Feuer,Oded Pri‐Tal,Michal Shpilman,Assaf Mosquna
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:11 (8): 2880-2888 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acssynbio.2c00297
摘要

Developing sensory modules for specific molecules of interest represents a fundamental challenge in synthetic biology and its applications. A somewhat generalizable approach for this challenge is demonstrated here by evolving a naturally occurring chemically induced heterodimer into a genetically encoded sensor for herbicides. The interaction between PYRABACTIN-RESISTANT-like receptors and type-2C protein phosphatases is induced by abscisic acid─a small-molecule hormone in plants. We considered abscisic acid receptors as a potential scaffold for the development of biosensors because of past successes in their engineering, a structurally defined ligand cavity and the availability of large-scale assays for their activation. A panel of 475 receptor variants, mutated at ligand-proximal residues, was screened for activation by 37 herbicides from several classes. Twelve compounds activated at least one member of the mutant panel. To facilitate the subsequent improvement of herbicide receptors through directed evolution, we engineered a yeast two-hybrid platform optimized for sequential positive and negative selection using fluorescence-activated cell sorting. By utilizing this system, we were able to isolate receptors with low nanomolar sensitivity and a broad dynamic range in sensing a ubiquitous group of chloroacetamide herbicides. Aside from its possible applicative value, this work lays down conceptual groundwork and provides infrastructure for the future development of biosensors through directed evolution.

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