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利用基因剪刀切除工業(yè)微藻大片斷染色體相關(guān)成果發(fā)表在《植物學(xué)期刊》上

2021-03-31 16:22:25來源：科技日?qǐng)?bào)

3月22日

，記者從中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所獲悉

，由該所單細(xì)胞中心徐健研究員主持完成的工業(yè)微藻染色體大片段精準(zhǔn)切除技術(shù)

，為藻類底盤細(xì)胞的開發(fā)打開了大門

。相關(guān)成果發(fā)表在《植物學(xué)期刊》上

。

作為一種“負(fù)碳”的光合細(xì)胞工廠，工業(yè)微藻能將陽光

、海水和二氧化碳大規(guī)模轉(zhuǎn)化為油脂與氫

，為清潔能源提供重要來源。除了光合作用

、碳濃縮

、油脂合成等關(guān)鍵功能模塊以外，藻類基因組上通常還包括很多由可移動(dòng)元件

、重復(fù)序列等組成的“功能冗余”區(qū)域

。這些大片段染色體DNA既是一種額外的代謝負(fù)擔(dān)，也會(huì)影響基因組的可控性與穩(wěn)定性

。

但大片段操作藻類基因組通常極為困難

，這阻礙著藻類底盤細(xì)胞的開發(fā)。針對(duì)這一瓶頸問題

，中國科學(xué)院青島能源所單細(xì)胞中心建立了精確可控的藻類染色體大片段DNA切除技術(shù)

，首次對(duì)大于10萬個(gè)堿基對(duì)的DNA片段進(jìn)行了單重與連續(xù)刪減，從而為“最小藻類基因組”的設(shè)計(jì)和“最簡植物底盤細(xì)胞”的構(gòu)建打開了大門

。

研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)基于CRISPR/Cas的“基因剪刀”

，通過兩條用于定義剪切位置的向?qū)NA(gRNA)的共表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了位于30號(hào)染色體5’端的基因組中最大目標(biāo)片段(10萬個(gè)堿基對(duì))的精確刪除

。在此基礎(chǔ)上

，他們通過同時(shí)表達(dá)4條gRNA，實(shí)現(xiàn)了對(duì)同一細(xì)胞中30號(hào)與9號(hào)染色體上最長和次長目標(biāo)片段的并行切除

。

研究人員介紹

，利用“拉曼組”等單細(xì)胞精度的代謝表型分析手段，他們驚奇地發(fā)現(xiàn)

，盡管經(jīng)歷了這些染色體大片段切除手術(shù)

，微藻細(xì)胞的生長速度、生物量

、潛在最大光合速率

、葉綠素?zé)晒夥枪饣瘜W(xué)猝滅、油脂含量和脂肪酸不飽和度等關(guān)鍵性狀卻幾乎沒有受到影響

。在生長速度和生物量累積速率上

，一些工程株甚至有小幅加快。這些發(fā)現(xiàn)表明

，“大刀闊斧”式精確切除這些大片段的“基因剪刀”

，是構(gòu)建“最小藻類基因組”的必備工具。徐健表示

，此次研發(fā)的染色體大片段切除技術(shù)

，將推動(dòng)以微擬球藻為光驅(qū)的合成生物技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

。(記者王健高通訊員劉佳)

責(zé)任編輯：孫知兵

關(guān)鍵詞：基因剪刀工業(yè)微藻染色體

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