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实施基因精准编辑 毕赤酵母变高效“细胞工厂”

来源:科技日报2021-07-15 09:53

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  科技日报讯 (记者郝晓明)7月12日,记者从中国科学院大连化学物理研究所获悉,该所研究员周雍进团队在毕赤酵母方面的研究取得新进展,构建了基因编辑工具,强化了同源重组从而实现了基因精准编辑,鉴定了染色体基因整合位点并表征了系列不同表达强度的启动子,发展了双因素调控策略调控了脂肪醇生物合成。相关研究成果发表在《核酸研究》上。

  甲醇酵母的代表性菌株毕赤酵母以甲醇为“食物”,其具有高密度发酵的优点,每个细胞就像一个催化工厂,在生产脂肪醇等人类所需化合物方面具有潜在价值。构建毕赤酵母细胞工厂,往往需要将外源基因植入细胞基因组中,让植入基因实现表达。然而,基因的随机重组大大降低了外源基因的“移植成功率”。同时,外源基因的随机插入,或将导致细胞死亡或功能受损。此外,成功“打入”细胞内部的外源基因,或由于缺乏启动子而不能正常表达,导致了“颗粒无收”。

  针对这些问题,研究团队强化了毕赤酵母同源重组效率,发现了限制同源重组修复的关键基因RAD52,其高表达能将单基因编辑效率提升至90%。此后,研究团队发现,敲除MPH1基因可以使多片段重组效率提升13.5倍。在此基础上,他们鉴定出46个可用于外源基因整合的中性位点,这些中性位点可以放置外源基因且不影响细胞功能;鉴定并表征了18个常用启动子的表达情况。

  研究团队发现,不同启动子和中性位点的组合会导致脂肪醇产量的巨大差异,由此发展出双因素调控策略,实现了脂肪醇合成效率的调控,其中最高产量和最低产量的差异达到30倍。历时3年,研究团队建立了毕赤酵母高效基因编辑系统。

  周雍进表示,理论上,该系统可以在1个毕赤酵母稳定装载超过100个外源基因,并能实现基因表达的精准调控,为毕赤酵母的合成生物学研究提供便利,也为其他非常规酵母代谢工程改造提供借鉴。

[ 责编:蔡琳 ]
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