青島能源所建立工業產油微藻基因組編輯技術

2020-11-25 中國科學院

青島能源所建立工業產油微藻基因組編輯技術

2016-08-23 青島生物能源與過程研究所

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　　自然界的一些真核微藻能夠通過光合作用固定二氧化碳，並將其轉化和存儲為油脂。因此，作為一種潛在可規模化的清潔能源生產和固碳減排方案，微藻能源近年來受到了廣泛關注。然而，高效遺傳工具的匱乏，極大限制了工業產油微藻的機制研究和分子育種。近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所單細胞研究中心以微擬球藻為模式，率先建立了基於Cas9/gRNA的工業產油微藻基因組編輯技術，打開了其反向遺傳工程的大門。這一成果於8月19日在線發表於《植物學雜誌》（The Plant Journal）。

　　微擬球藻是一種可在室外大規模海水培養的工業產油微藻，具有生長速度快、大量積累油脂和EPA、二氧化碳耐受能力強等優點，因此已經成為能源微藻研究領域的主要模式藻株之一，也在國內外諸多微藻固碳產油示範工程中得到了廣泛應用。然而反向遺傳工程技術的匱乏從根本上阻礙了針對二氧化碳固定能力和產油效率等諸多關鍵性狀的系統改造。

　　青島能源所單細胞中心博士研究生王勤濤和博士路延篤等在海洋微擬球藻（Nannochloropsis oceanica）中，通過特定外源Cas9蛋白和指引RNA分子（guide RNA）的設計和共同表達，結合基於二代測序的高通量轉化株鑑定方法，實現了位於硝酸還原酶基因編碼序列的目標位點上五個鹼基的精確刪除（見下圖），並篩選分離出與預測的表型與基因型均完全契合的基因組編輯突變藻株，從而在工業產油微藻中示範了基因組的精準編輯。

　　這一基因組編輯技術的建立，使得微擬球藻基因組上每個編碼或非編碼位點的功能鑑定成為可能。與單細胞中心發展的一系列單細胞拉曼成像、拉曼分選和測序技術相結合，該基因組定點編輯技術能夠以出色的精度、廣度和通量來建立微藻基因型和表型之間的關聯，並進而通過基因組精準手術來設計與塑造理想的微藻性狀。這一嶄新技術平臺的建立與完善對於能源微藻的分子育種將產生深遠的影響。

　　上述工作由單細胞中心研究員徐健主持完成，獲得了科技部、基金委和中科院含碳氣體利用等項目的前期支持。

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青島能源所建立工業產油微藻基因組編輯技術

　　自然界的一些真核微藻能夠通過光合作用固定二氧化碳，並將其轉化和存儲為油脂。因此，作為一種潛在可規模化的清潔能源生產和固碳減排方案，微藻能源近年來受到了廣泛關注。然而，高效遺傳工具的匱乏，極大限制了工業產油微藻的機制研究和分子育種。近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所單細胞研究中心以微擬球藻為模式，率先建立了基於Cas9/gRNA的工業產油微藻基因組編輯技術，打開了其反向遺傳工程的大門。這一成果於8月19日在線發表於《植物學雜誌》（The Plant Journal）。
　　微擬球藻是一種可在室外大規模海水培養的工業產油微藻，具有生長速度快、大量積累油脂和EPA、二氧化碳耐受能力強等優點，因此已經成為能源微藻研究領域的主要模式藻株之一，也在國內外諸多微藻固碳產油示範工程中得到了廣泛應用。然而反向遺傳工程技術的匱乏從根本上阻礙了針對二氧化碳固定能力和產油效率等諸多關鍵性狀的系統改造。
　　青島能源所單細胞中心博士研究生王勤濤和博士路延篤等在海洋微擬球藻（Nannochloropsis oceanica）中，通過特定外源Cas9蛋白和指引RNA分子（guide RNA）的設計和共同表達，結合基於二代測序的高通量轉化株鑑定方法，實現了位於硝酸還原酶基因編碼序列的目標位點上五個鹼基的精確刪除（見下圖），並篩選分離出與預測的表型與基因型均完全契合的基因組編輯突變藻株，從而在工業產油微藻中示範了基因組的精準編輯。
　　這一基因組編輯技術的建立，使得微擬球藻基因組上每個編碼或非編碼位點的功能鑑定成為可能。與單細胞中心發展的一系列單細胞拉曼成像、拉曼分選和測序技術相結合，該基因組定點編輯技術能夠以出色的精度、廣度和通量來建立微藻基因型和表型之間的關聯，並進而通過基因組精準手術來設計與塑造理想的微藻性狀。這一嶄新技術平臺的建立與完善對於能源微藻的分子育種將產生深遠的影響。
　　上述工作由單細胞中心研究員徐健主持完成，獲得了科技部、基金委和中科院含碳氣體利用等項目的前期支持。
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列印 責任編輯：葉瑞優

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