酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）因其遗传操作简便、生长快速且安全性高，被广泛用于合成生物学和代谢工程，以生产能源燃料、化学品和天然化合物。然而，在酵母染色体上高效组装和整合多个转录单元（transcription units, TUs）以实现复杂异源代谢途径的表达，仍是该领域的技术瓶颈。

中国科学院天津工业生物技术研究所（简称天津工生所）的微生物与合成生物学研究团队联合新酶设计与酵母基因组工程研究团队，利用II型S内切酶（Type IIS restriction enzyme）的组装优势，结合酵母自身高效的同源重组（homologous recombination）能力，设计了一套模块化两步组装（Modularized two-step, M2S）技术。该技术首先在体外通过II型S内切酶将多个DNA片段组装成含有同源臂的模块，随后将这些模块转化酵母细胞，利用其内源同源重组机制整合到染色体上。实验表明，M2S技术可在5天内完成由4个转录单元组成的β-胡萝卜素生物合成途径的整合，并能成功整合包含10个转录单元的合成途径，充分证明了其快速高效性。

研究结果显示，M2S技术通过在体外完成大部分转录单元的组装，显著减少了酵母体内同源整合所需的DNA片段数目，从而提高了装配效率并降低了错配率。该方法简化了现有酵母转录单元组装整合流程，避免了频繁的组装策略设计和引物合成，为菌种定制的高通量、自动化和工业化生产提供了有效手段。

该研究得到了科技部“863”计划、天津市重点专项以及“中科院-诺和诺德”合作研发项目的支持。相关成果发表于Biotechnology for Biofuels。天津工生所科研助理李斯微为论文第一作者。

第一步：模块化二型S内切酶组装示意图

第二步：模块化同源重组组装示意图