Advances in genetic tools for metabolic engineering of non-conventional yeasts

生物 生物制造 计算生物学 代谢工程 合成生物学 基因组工程 鉴定(生物学) Cas9 适应(眼睛) 系统生物学 基因组学 生物技术 计算机科学 模式生物 遗传学 可扩展性 清脆的 基因组 整合酶 模块化设计 重组酶 生物信息学 多路复用 蓝图 质粒 代谢网络 代谢适应 波姆裂殖酵母
作者
Thasneem Banu Frousnoon,Stephen J. Mondo,Yasuo Yoshikuni
标识
DOI:10.3389/fsybi.2025.1729790
摘要

Non-conventional yeasts are emerging as powerful alternatives to Saccharomyces cerevisiae for metabolic engineering, owing to their innate stress tolerance, broad substrate utilization, and distinctive metabolic capabilities. These attributes position them as promising chassis for producing biofuels, pharmaceuticals, and specialty chemicals. This review synthesizes recent advances in genetic toolkits for four such species— Pichia kudriavzevii ( Issatchenkia orientalis ) , Starmerella bombicola, Debaryomyces hansenii, and Pachysolen tannophilus —highlighting progress across plasmid architectures (episomal and integrative), identification of autonomously replicating sequences and centromeric elements, and the development of safe-harbor genomic loci. We summarize promoter and terminator libraries enabling tunable expression, the expansion of auxotrophic and antifungal selection markers with recycling strategies, and the rapid adaptation of CRISPR-based systems (Cas9 and Cas12a) with optimized guide RNA expression, multiplex editing, and approaches that enhance homologous recombination (e.g., KU70/80 disruption). We also review landing-pad platforms for modular, repeated integrations and transposon-based tools (e.g., piggyBac) that facilitate multigene pathway assembly. Collectively, these innovations are accelerating design-build-test-learn cycles and enabling precise, scalable engineering of non-conventional yeasts. Remaining challenges—including limited species-specific episomal systems, variable transformation efficiencies, genome-stability concerns, and alternative codon usage—define clear priorities for future toolkit development. Together, these advances and open needs chart a path toward robust, sustainable biomanufacturing using diverse non-conventional yeast chassis.
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