基因编辑技术在工业微生物育种中的应用进展
发布时间：2021-02-11 09:09
优质的微生物菌种对提高发酵工业产品的品质与产量有重要意义,而高效的育种技术对微生物选育工作至关重要。基因编辑技术作为现代遗传学研究的热点技术,极大地提升了现代工业微生物育种效率。基因编辑技术主要包含锌指核酸酶技术（ZFN）、转录激活因子样效应物核酸酶技术（TALEN）和成簇的规律间隔的短回文重复序列相关蛋白技术（CRISPR）3类。ZFN由于技术的复杂性,在工业微生物育种中鲜有报道。TALEN和CRISPR技术在酿酒酵母、米曲霉菌、黑曲霉、谷氨酸棒状杆菌和产甘油假丝酵母等主要工业微生物育种中相继展开应用,尤以CRISPR技术应用最为广泛。
【文章来源】：发酵科技通讯. 2020,49(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
TALE蛋白结构
随着TALE结构与功能的深入解析,TALEN基因编辑技术出现,并逐步取代ZFN技术。TALEN复合物主要包含两部分:1) 用于识别与定位基因组靶标序列的TALE;2) 用于切割基因组靶标序列的非特异性核酸内切结构域Fok I如图2(a)所示。Fok I来自海床黄杆菌,为IIS型内切酶,该酶只在二聚体状态时才有活性,行使靶序列切割功能。Fok I与TALEs的C端相连,由TALEs导向靶标序列。为使Fok I具有切割活性,TALEN二聚体需分别附着于双链两侧,且中间预留出14～20 bp的切割空间如图2(a)所示[8]。TALEN技术的工作原理与ZFN近似,首先是由TALE蛋白靶向识别宿主DNA序列,然后Fok I切割目标序列,产生双链断裂(Double-strand breaks,DSBs),激活细胞内源性DNA修复机制引入突变。当细胞内存在DSB侧翼序列的同源序列时,引发同源重组(Homologous recombination,HR)修复,可将外源DNA片段导入宿主目标DNA区域,形成插入突变;反之,细胞内不存在同源序列时,引发非同源末端连接(Non-homologous end joining,NHEJ)修复,NHEJ修复易导致DSB侧翼序列接合时发生核苷酸的缺失、插入或改变,形成无法预料的位点突变[4-5]如图2(c)所示。1.2 应用进展
CRISPR/Cas系统由CRISPR序列和Cas基因序列组成。CRISPR是一段具有前导区(leader sequence)和重复-间隔区(repeat-spacer)的DNA序列如图3所示[17]。前导区为一段富含AT的序列,被认为是CRISPR簇的启动子区。重复序列(repeats)是一段有回文或发卡结构的21～48 bp的序列,间隔序列(spacers)是一段特异性序列,其决定了CRISPR/Cas系统的靶向性。Cas基因序列经转录翻译合成CAS家族蛋白,CAS蛋白具有核酸内切酶活性、解旋酶活性和DNA结合功能域。其核酸酶结构域为HNH和RuvC,分别负责切断靶标序列的互补链与非互补链。与TALEN技术原理不同,CRISPR/Cas系统以转录得到的crRNA为向导,与CAS蛋白形成CRISPR效应核蛋白复合体(crRNP),crRNP在crRNA的引导下与靶序列结合,并识别靶序列周边的原间隔相邻基序(Protospacer-adjacent motifs,PAM),在NGG-PAM前3～8 bp位置处进行切割,产生双链断裂诱发宿主细胞内源性HR修复或NHEJ修复引入突变见图2(b,c))[2,18-19]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]曲霉高效基因编辑技术研究进展[J]. 张驰,顾徽瑜,陆玲. 菌物学报. 2018(10)
[2]CRISPR-CAS系统介导的新一代基因靶向修饰技术及其在工业微生物中的应用[J]. 程妙文,罗玮,杜瑶. 微生物学报. 2017(11)
[3]CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术研究进展[J]. 李聪,曹文广. 生物工程学报. 2015(11)
[4]工业微生物育种技术研究进展[J]. 房耀维,范琳,牛艳芳,张功. 内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版). 2003(02)
硕士论文
[1]产甘油假丝酵母CRISPR-Cas9基因编辑系统的构建[D]. 朱敏阳.江南大学 2019
[2]I-B-Svi型CRISPR-Cas系统在谷氨酸棒状杆菌中的基因编辑[D]. 夏婷婷.安徽大学 2019
[3]基于TALENs的丝状真菌基因组精确编辑[D]. 李丽莎.福州大学 2017
本文编号：3028874
【文章来源】：发酵科技通讯. 2020,49(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
TALE蛋白结构
随着TALE结构与功能的深入解析,TALEN基因编辑技术出现,并逐步取代ZFN技术。TALEN复合物主要包含两部分:1) 用于识别与定位基因组靶标序列的TALE;2) 用于切割基因组靶标序列的非特异性核酸内切结构域Fok I如图2(a)所示。Fok I来自海床黄杆菌,为IIS型内切酶,该酶只在二聚体状态时才有活性,行使靶序列切割功能。Fok I与TALEs的C端相连,由TALEs导向靶标序列。为使Fok I具有切割活性,TALEN二聚体需分别附着于双链两侧,且中间预留出14～20 bp的切割空间如图2(a)所示[8]。TALEN技术的工作原理与ZFN近似,首先是由TALE蛋白靶向识别宿主DNA序列,然后Fok I切割目标序列,产生双链断裂(Double-strand breaks,DSBs),激活细胞内源性DNA修复机制引入突变。当细胞内存在DSB侧翼序列的同源序列时,引发同源重组(Homologous recombination,HR)修复,可将外源DNA片段导入宿主目标DNA区域,形成插入突变;反之,细胞内不存在同源序列时,引发非同源末端连接(Non-homologous end joining,NHEJ)修复,NHEJ修复易导致DSB侧翼序列接合时发生核苷酸的缺失、插入或改变,形成无法预料的位点突变[4-5]如图2(c)所示。1.2 应用进展
CRISPR/Cas系统由CRISPR序列和Cas基因序列组成。CRISPR是一段具有前导区(leader sequence)和重复-间隔区(repeat-spacer)的DNA序列如图3所示[17]。前导区为一段富含AT的序列,被认为是CRISPR簇的启动子区。重复序列(repeats)是一段有回文或发卡结构的21～48 bp的序列,间隔序列(spacers)是一段特异性序列,其决定了CRISPR/Cas系统的靶向性。Cas基因序列经转录翻译合成CAS家族蛋白,CAS蛋白具有核酸内切酶活性、解旋酶活性和DNA结合功能域。其核酸酶结构域为HNH和RuvC,分别负责切断靶标序列的互补链与非互补链。与TALEN技术原理不同,CRISPR/Cas系统以转录得到的crRNA为向导,与CAS蛋白形成CRISPR效应核蛋白复合体(crRNP),crRNP在crRNA的引导下与靶序列结合,并识别靶序列周边的原间隔相邻基序(Protospacer-adjacent motifs,PAM),在NGG-PAM前3～8 bp位置处进行切割,产生双链断裂诱发宿主细胞内源性HR修复或NHEJ修复引入突变见图2(b,c))[2,18-19]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]曲霉高效基因编辑技术研究进展[J]. 张驰,顾徽瑜,陆玲. 菌物学报. 2018(10)
[2]CRISPR-CAS系统介导的新一代基因靶向修饰技术及其在工业微生物中的应用[J]. 程妙文,罗玮,杜瑶. 微生物学报. 2017(11)
[3]CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术研究进展[J]. 李聪,曹文广. 生物工程学报. 2015(11)
[4]工业微生物育种技术研究进展[J]. 房耀维,范琳,牛艳芳,张功. 内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版). 2003(02)
硕士论文
[1]产甘油假丝酵母CRISPR-Cas9基因编辑系统的构建[D]. 朱敏阳.江南大学 2019
[2]I-B-Svi型CRISPR-Cas系统在谷氨酸棒状杆菌中的基因编辑[D]. 夏婷婷.安徽大学 2019
[3]基于TALENs的丝状真菌基因组精确编辑[D]. 李丽莎.福州大学 2017
本文编号：3028874
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiyingongcheng/3028874.html
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