我校校友在基因克隆技術上取得重大突破 相關研究成果在《自然...

2020-11-27 西北農林科技大學

  近日,我校校友符軍博士和卞小瑩在《自然-生物技術》發表的論文中介紹了基於RecET的直接克隆技術。這項基於RecET的直接克隆技術結合高通量DNA測序技術,為生命科學研究提供了有力的工具。

  傳統的DNA同源重組一般使用大腸桿菌 lambda噬菌體Red 操縱子中的 Red-alpha, Red-beta 和 Red-gamma 來實現線性DNA片段和環狀DNA之間的重組,這項由張友明博士在1998年開發的技術已經被廣泛應用。大腸桿菌中的Rac 前噬菌體也包含跟Red-alpha和Red-beta 功能相似的一對蛋白 RecE和 RecT ,RecE全長866個胺基酸,最後260個胺基酸具備核酸外切酶活性。以前的研究發現從氨基端去掉功能不明確的588個胺基酸比全長的RecE更能有效地進行同源重組,但是效率仍然不如Red體系效率高,所以RecET體系沒有得到廣泛應用。符軍博士和張友明博士發現了Red體系和RecET體系有著本質的區別,Red體系對於催化線性分子和環狀分子之間的重組更為有效,而RecET體系 能高效的催化兩個線性DNA分子的同源重組。研究協作組及時將這個發現轉化為直接克隆技術,他們從純化的發光桿菌的基因組DNA上直接克隆了十個未知的天然產物的生物合成基因簇, 這十個基因簇最小的為10kb,最大的達52kb。 最終,他們將這十個基因簇在大腸桿菌中表達,鑑定了其中兩個基因簇的產物。

  基因克隆技術是生物科學研究最基本的方法之一,但是基於PCR和DNA人工合成的克隆技術受片段大小的制約,一般很難突破20kb。柯斯質粒基因文庫構建費時費力,克隆片段不能超過45kb。細菌人工染色體(BAC)基因文庫的構建可以獲得200-300kb的基因組DNA,但是這項技術一般只有在比較專業的實驗室才能實現。
  
  直接克隆技術可以從原始基因組DNA製備中直接克隆大的DNA片段,越過了繁瑣的DNA文庫構建工作,意義重大,因此《Nature Biotechnology》在雜誌封面對該成果做了重點推介。 應期刊編輯邀請,同行專家在同期《Nature Biotechnology》發表了題為「Direct cloning of large genomic sequences」的評論, Nature另一子刊《Nature Methods》的編輯發表了題為「Capturing sequences for bioprospecting」的評論。德勒斯登工業大學,薩爾大學和德國亥姆霍茲感染研究中心對該項研究成果進行了重點報導,德國相關媒體予以轉載或跟進報導,例如德國科學研究(Research in Germany – Land of Ideas) 和德國藥業報等(Pharma Zeitung)。

  符軍博士畢業於我校,現在德國德勒斯登工業大學生物技術中心基因組研究所工作, 主要從事同源重組技術研究和開發,並研究轉基因技術和基因打靶技術,以及細菌次生代謝基因簇克隆,修飾和異源表達工作。

  卞小瑩是我校吳文君教授的碩士研究生, 於2008年由國家留學基金委公派到德國亥姆霍茲感染研究中心暨德國薩爾大學攻讀博士學位,現在主要從事天然產物及其組合生物合成研究。

  張友明博士是德國基因橋公司 ( Gene Bridges )的創辦人之一,並任公司科研主管。 他首創了基於噬菌體重組酶的DNA克隆技術,是生物技術的一個裡程碑 。張友明博士在2011年曾來我校講學交流。

  論文:Jun Fu, Xiaoying Bian, Shengbiao Hu, Hailong Wang, Fan Huang, Philipp M Seibert, Alberto Plaza, Liqiu Xia, Rolf Müller, A Francis Stewart & Youming Zhang (2012) Full-length RecE enhances linear-linear homologous recombination and facilitates direct cloning and bioprospecting, Nature Biotechnology, 30, 440-446. [Impact factor = 31.090]

  論文地址1(Nature網):
  http://www.nature.com/nbt/journal/vaop/ncurrent/abs/nbt.2183.html

  論文地址2 (科學網文獻):
  http://doc.sciencenet.cn/DocInfo.aspx?id=10655

  同期《Nature Biotechnology》選擇的封面照片是為了重點介紹該項研究成果:
  http://www.nature.com/nbt/journal/v30/n5/covers/index.html

  同期《Nature Biotechnology》發表的評論:
  http://www.nature.com/nbt/journal/v30/n5/full/nbt.2207.html

  《Nature Methods》編輯發表的評論:
  http://www.nature.com/nmeth/journal/v9/n6/full/nmeth.2061.html

  《德國科學研究》轉載的報導,標題為Direct access to desired genes 「直接獲取想要的基因」
  http://live.rig2012.aperto.de/98606/2012-05-15-direct-access-to-desired-genes.html

  《德國藥業報》轉載的報導, 標題為Naturstoffe einfacher untersuchen 「天然產物發掘利用更容易了」
  http://www.pharma-zeitung.de/naturstoffe-einfacher-untersuchen.4322.php

終審:楊耀榮

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