叶绿体合成生物学在光合生物功能改良领域展现出巨大应用潜力，有望为作物增产、高附加值化合物合成等重大需求提供解决方案。然而，当前该领域的发展严重受制于遗传工具匮乏、植物系统实验通量不足两大核心瓶颈，导致功能元件筛选、代谢通路优化等关键研究效率低下，难以实现规模化应用。
莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）凭借其独特优势成为突破上述瓶颈的理想底盘：快速生长特性缩短了实验周期，单叶绿体结构简化了遗传改造后的筛选流程，而其天然具备的高通量培养潜力，恰好契合合成生物学对规模化实验的需求，为叶绿体工程研究提供了高效载体。
针对领域痛点，本研究构建了一套自动化叶绿体合成生物学平台，核心突破在于实现了数千株叶绿体转化株系的并行构建与高通量筛选，大幅提升了遗传改造的效率与规模。为完善技术体系，研究团队系统性扩展了叶绿体转化的选择标记与报告基因库，丰富了基础工具储备；同时对 140 余种关键遗传调控元件进行全面表征，涵盖启动子、非翻译区（UTR）及基因间表达元件（IEE）等核心模块，为精准调控基因表达提供了数据支撑。在此基础上，建立了标准化 Phytobrick / 模块化克隆（MoClo）组装体系，实现了功能元件的模块化拼接与高效重组，降低了多基因通路构建的技术门槛。
平台的实用性通过两项关键应用得到验证：在元件优化方面，通过简化启动子骨架设计构建筛选文库，使约 10% 的转化株呈现显著荧光信号，为高活性启动子的快速筛选提供了高效方案；在代谢工程方面，通过引入合成光呼吸旁路，工程菌株在环境 CO₂条件下的生物量实现 3 倍提升，证实了平台在光合效率改良中的显著效果。
该自动化平台不仅解决了当前叶绿体合成生物学研究中工具不足、通量低下的核心问题，更具备向高等植物转移的潜力。其建立为规模化开展光合效率提升、高附加值化合物异源合成等研究奠定了技术基础，有望加速叶绿体合成生物学从基础研究向农业、生物制造等应用领域的转化，为光合生物资源的高效开发提供新路径。
原文链接：A modular high-throughput approach for advancing synthetic biology in the chloroplast of Chlamydomonas
