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姜海波教授团队在蓝藻中开发了一种新型的CRISPR基因编辑技术。该成果以“Development of a base editor for convenient and multiplex genome editing in cyanobacteria”为题,发表在Nature出版集团旗下的生物学知名期刊《Communications Biology》上(图1)。
图1. 研究成果在Communications Biology上发表
蓝藻是一类光合放氧的原核微生物,能够利用光能将二氧化碳转化为有机化合物。它们是研究光合作用的模式生物,也是合成生物学的重要细胞工厂。蓝藻的基因功能研究和合成生物学开发,需要高效准确的基因操作工具。然而,基于同源重组的传统编辑方法和最近开发的CRISPR-Cas基因编辑技术,都需要复杂的克隆步骤和实验流程,这限制了蓝藻的生物机制研究和工业应用潜力。
姜海波研究团队通过将胞苷脱氨酶与dCas9蛋白融合,在模式蓝藻——集胞藻PCC6803和鱼腥藻PCC7120中开发了一种新型的胞嘧啶碱基编辑器。该基因编辑技术能够在蓝藻基因组的特定位点实现从胞嘧啶C到胸腺嘧啶T的碱基突变,并通过在基因位点中引入提前的终止密码子,实现基因的失活(图2)。此外,该基因编辑工具还能高效地对多个位点同时进行编辑,通过一次构建就能实现多个基因的同时敲除。并且在基因编辑成功后,可以通过蔗糖筛选消除编辑质粒,实现无痕编辑。相比于传统方法和CRISPR-Cas技术,这种新型的碱基编辑技术不会造成基因组断裂,不需要同源重组模板,具有克隆过程简单、编辑速度快、多位点同时编辑等优点。这项新型基因编辑系统的开发为蓝藻的生理研究和代谢工程提供新的遗传操作工具,并为其他微生物的基因编辑技术开发提供参考。
图2. 碱基编辑器能在蓝藻基因组的特定位点实现精确碱基突变
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是该研究的第一完成单位,宁波大学2022级硕士研究生李幸达为该论文第一作者,博彩导航
姜海波教授和陈未中副研究员为本文的共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、宁波市青年科技创新领军人才项目、宁波市公益性研究计划项目、宁波市科技创新2025重大项目、以及南方海洋科学与工程广东实验室(珠海)自主科研项目等经费资助。