实施基因精准编辑 毕赤酵母变高效“细胞工厂”

       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。