使用trans-acting small RNAs (sRNAs)策略对基因进行表达调控在代谢工程与合成生物学领域应用广泛，具有构建快速、调控稳定等优势。目前，sRNAs元件多由天然sRNA改造而来。囿于天然sRNAs的数量有限以及骨架结构复杂等因素，对sRNAs的从头设计能有效解决其低可编程性、结构模块性等问题。江南大学未来食品中心康振课题组依据热力学模型解析了sRNA序列-结构-功能的关系，自下而上提出了一种人工sRNA的从头设计方法。团队基于这套人工sRNA设计方法构建了不同抑制强度梯度的sRNA元件，实现了对大肠杆菌细胞形态的调控并构建文库快速筛选了麦角硫因合成相关的调控靶点。相关研究成果以“Gene knockdown by structure defined single-stem loop small non-coding RNAs with programmable regulatory activities ”为题在Synthetic and Systems Biotechnology 期刊上发表。

sRNAs是一类极为重要的后转录调控元件，尤其是在抑制必需基因及可控定量调控靶基因上具有很大优势。但由于sRNAs序列-结构-功能之间的相关性研究较少，难以对sRNA实现定制化设计。因此，研究团队对sRNA的结构功能进行分析，对其核心结构进行从头理性设计，以构建人工sRNA定制设计平台。

人工sRNA核心结构简化

随后，团队进一步依据结构约束对sRNA序列进行重新生成，根据不同序列其对抑制效果进行回归分析，得到人工sRNA打分模型并以gfp作为报告基因进行验证。

回归分析人工sRNA的构效关系及验证

团队进一步结合上述打分模型开发sRNA自动设计工具sslRNAD。根据sslRNAD从头设计sRNA实现了对大肠杆菌细胞形态的快速调控，进一步验证了人工sRNA的可用性。

sslRNAD平台的设计

调控大肠杆菌细胞形态

之后，团队依据sslRNAD快速构建sRNA文库靶向麦角硫因合成相关途径基因进行关键靶点筛选，鉴定了若干麦角硫因生物合成相关的关键新靶点。

利用人工sRNA文库快速筛选麦角硫因合成关键基因

相较于现有理性设计sRNA的方法，该方法深入探究基因调控活性受sRNA自身、靶mRNA和Hfq蛋白多方面因素影响，实现更可控的基因调控和基因表达的动态控制，并极大的丰富了转录后调控元件库，一定程度上降低了元件重复利用导致的序列重组。同时，通过自动设计构建人工sRNA文库的策略，使研究人员能够快速设计用于基因下调的sRNA并大批量鉴定代谢合成相关的核心抑制靶点。除此之外，该设计方法适用于革兰氏阴性菌大肠杆菌和革兰氏阳性菌枯草芽孢杆菌，表明sRNAs在不同底盘微生物中具有应用潜力，将有力地促进基因功能的快速鉴定或生物合成途径的关键调控节点的快速筛选。

该研究得到了国家重点研发计划（2021YFC2100800）、国家自然科学基金面上项目（31970085）和江苏省杰出青年自然科学基金自助项目（BK20200025）的资助。