來源：《中國(guó)科學(xué)報(bào)》
發(fā)布時(shí)間：2021-07-12
本報(bào)訊（記者卜葉）近日，中科院大連化學(xué)物理研究所研究員周雍進(jìn)團(tuán)隊(duì)在畢赤酵母中構(gòu)建了基因編輯工具，強(qiáng)化了同源重組，從而實(shí)現(xiàn)了基因精準(zhǔn)編輯，鑒定了染色體基因整合位點(diǎn)并表征了系列不同表達(dá)強(qiáng)度的啟動(dòng)子，此外還發(fā)展了雙因素調(diào)控策略，調(diào)控了脂肪醇生物合成。相關(guān)研究成果發(fā)表于《核酸研究》。
甲醇酵母代表菌株畢赤酵母，以甲醇為“食物”，具有高密度發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)，每個(gè)細(xì)胞就像一個(gè)催化工廠，在生產(chǎn)脂肪醇等人類所需化合物方面具有潛在價(jià)值。
構(gòu)建畢赤酵母細(xì)胞工廠，往往需要將外源基因植入細(xì)胞基因組中，讓植入基因?qū)崿F(xiàn)表達(dá)。然而，基因的隨機(jī)重組大大降低了外源基因的“移植成功率”，同時(shí)，外源基因的隨機(jī)插入，或?qū)?dǎo)致細(xì)胞死亡或功能受損，此外，成功“打入”細(xì)胞內(nèi)部的外源基因，或由于缺乏啟動(dòng)子而不能正常表達(dá)，導(dǎo)致“顆粒無(wú)收”。
針對(duì)上述問題，研究團(tuán)隊(duì)強(qiáng)化了畢赤酵母同源重組效率，發(fā)現(xiàn)了限制同源重組修復(fù)的關(guān)鍵基因RAD52，其高表達(dá)能將單基因編輯效率提升至90%。此后，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，敲除MPH1基因可以使多片段重組效率提升13.5倍。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)還鑒定出46個(gè)可用于外源基因整合的中性位點(diǎn)，這些中性位點(diǎn)可以放置外源基因且不影響細(xì)胞功能；鑒定并表征了18個(gè)常用啟動(dòng)子的表達(dá)情況。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，不同啟動(dòng)子和中性位點(diǎn)的組合會(huì)導(dǎo)致脂肪醇產(chǎn)量的巨大差異，由此發(fā)展出雙因素調(diào)控策略，實(shí)現(xiàn)了脂肪醇合成效率的調(diào)控，其中，最高產(chǎn)量和最低產(chǎn)量的差異達(dá)到30倍。歷時(shí)3年，研究團(tuán)隊(duì)建立了畢赤酵母高效基因編輯系統(tǒng)。
周雍進(jìn)表示，理論上，該系統(tǒng)可以在1個(gè)畢赤酵母中穩(wěn)定裝載超過100個(gè)外源基因，并能實(shí)現(xiàn)基因表達(dá)的精準(zhǔn)調(diào)控，為畢赤酵母的合成生物學(xué)研究提供便利，也為其他非常規(guī)酵母代謝工程改造提供借鑒。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1093/nar/gkab535
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