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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關鍵核心技術，努力搶占科技制高點，為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現科學技術跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

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微生物所建立適用于多核工業(yè)菌株的基因編輯系統(tǒng)

2020-06-16 微生物研究所

【字體：大中小】

語音播報

　　近日，中國科學院微生物研究所高書山課題組構建了適用于多核工業(yè)菌的基因編輯系統(tǒng)，可實現大片段DNA無痕刪除，為我國微生物工業(yè)發(fā)酵菌株的遺傳改造提供了新型高效基因編輯工具，相關研究成果以A dual-plasmid CRISPR/Cas system for mycotoxin elimination in polykaryotic industrial fungi為題，發(fā)表在ACS Synthetic Biology上。通過該方法，高書山課題組在紅曲紅色素多核生產菌Monascus purpureus中實現了內毒素桔青霉素生物合成基因簇（15 kb）的無痕敲除。

　　紅曲紅色素是寶貴的科學遺產，應用于食品業(yè)的著色，也可作為保健品緩解心腦血管和高血脂等相關疾病。但紅曲紅色素工業(yè)菌株可同時生產具有腎毒性和致癌性的桔青霉素；我國和歐盟、日本等對產品中桔青霉素的含量做出限制性規(guī)定。由于缺乏較好的遺傳操作工具，目前相關生產企業(yè)通過改變發(fā)酵工藝、隨機突變等手段，滿足桔青霉素含量標準，造成企業(yè)生產能力的浪費；另一方面多數企業(yè)的紅曲紅產品因桔青霉素含量超標而出口受阻，降低了我國在該領域的國際競爭力。因此選育低產或不產生桔霉素的新紅曲霉工業(yè)發(fā)酵菌株迫在眉睫。

　　相較于放線菌等原核生物，多核菌基因組更為龐大和復雜、在單一細胞內存在不同的細胞核，普通基因敲除方法難以實現目標基因的徹底敲除，目前尚未有高效的基因編輯方法應用于工業(yè)多核菌株。針對這一困境，研究人員構建了一種新的雙質?；蚓庉嬒到y(tǒng)：含密碼子優(yōu)化后的Cas9質粒和含有目的基因上下游同源臂的同源重組質粒。為了保證敲除效率，在Cas9質粒上引入了抗性基因和多核菌自主復制子。該方法實現桔青霉素生物合成基因簇（>15 kb）高效無痕刪除。LC-MS檢測結果表明，該方法得到的突變株經過10輪培養(yǎng)，仍未檢測到桔青霉素，且紅曲紅色素產量比改造前提高了約5%。

　　微生物所助理研究員劉魏魏和博士后安春艷為論文共同第一作者，微生物所研究員高書山和美國萊斯大學化學與分子生物功能系助理教授高雪為共同通訊作者。研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金以及中科院交叉創(chuàng)新平臺等的支持。

　　論文鏈接

雙質粒Cas系統(tǒng)的工作流程示意圖

　　近日，中國科學院微生物研究所高書山課題組構建了適用于多核工業(yè)菌的基因編輯系統(tǒng)，可實現大片段DNA無痕刪除，為我國微生物工業(yè)發(fā)酵菌株的遺傳改造提供了新型高效基因編輯工具，相關研究成果以A dual-plasmid CRISPR/Cas system for mycotoxin elimination in polykaryotic industrial fungi為題，發(fā)表在ACS Synthetic Biology上。通過該方法，高書山課題組在紅曲紅色素多核生產菌Monascus purpureus中實現了內毒素桔青霉素生物合成基因簇（15 kb）的無痕敲除。
　　紅曲紅色素是寶貴的科學遺產，應用于食品業(yè)的著色，也可作為保健品緩解心腦血管和高血脂等相關疾病。但紅曲紅色素工業(yè)菌株可同時生產具有腎毒性和致癌性的桔青霉素；我國和歐盟、日本等對產品中桔青霉素的含量做出限制性規(guī)定。由于缺乏較好的遺傳操作工具，目前相關生產企業(yè)通過改變發(fā)酵工藝、隨機突變等手段，滿足桔青霉素含量標準，造成企業(yè)生產能力的浪費；另一方面多數企業(yè)的紅曲紅產品因桔青霉素含量超標而出口受阻，降低了我國在該領域的國際競爭力。因此選育低產或不產生桔霉素的新紅曲霉工業(yè)發(fā)酵菌株迫在眉睫。
　　相較于放線菌等原核生物，多核菌基因組更為龐大和復雜、在單一細胞內存在不同的細胞核，普通基因敲除方法難以實現目標基因的徹底敲除，目前尚未有高效的基因編輯方法應用于工業(yè)多核菌株。針對這一困境，研究人員構建了一種新的雙質?；蚓庉嬒到y(tǒng)：含密碼子優(yōu)化后的Cas9質粒和含有目的基因上下游同源臂的同源重組質粒。為了保證敲除效率，在Cas9質粒上引入了抗性基因和多核菌自主復制子。該方法實現桔青霉素生物合成基因簇（>15 kb）高效無痕刪除。LC-MS檢測結果表明，該方法得到的突變株經過10輪培養(yǎng)，仍未檢測到桔青霉素，且紅曲紅色素產量比改造前提高了約5%。
　　微生物所助理研究員劉魏魏和博士后安春艷為論文共同第一作者，微生物所研究員高書山和美國萊斯大學化學與分子生物功能系助理教授高雪為共同通訊作者。研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金以及中科院交叉創(chuàng)新平臺等的支持。
　　論文鏈接
　　雙質粒Cas系統(tǒng)的工作流程示意圖
　　

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