山東大學構建dsDNA重組工程的細菌多元基因組編輯方法

　　近日，微生物技術國家重點實驗室卞小瑩教授和張友明教授團隊在微生物基因組編輯技術領域取得突破。相關研究成果以“Improved dsDNA recombineering enables versatile multiplex genome engineering of kilobase-scale sequences in diverse bacteria”為題，在線發表于Nucleic Acids Res。微生物技術國家重點實驗室博士后王雪和博士后鄭文韜為共同第一作者，卞小瑩教授、張友明教授和德國德累斯頓大學A. Francis Stewart教授為論文共同通訊作者，微生物技術國家重點實驗室為第一作者單位和通訊作者單位。

　　微生物基因組中多基因或途徑的刪除、替換和整合有助于釋放微生物的巨大應用潛力。Red/ET重組工程是實現細菌基因組精確編輯的重要工具，該論文在過去工作基礎之上首次發現細菌胞內dNTP水平對于重組工程的重要影響，并通過連續優化介導Red重組工程技術的重要參數，比如引物修飾、復蘇時間、抗性標記使用策略、過表達核糖核苷酸還原酶以及添加外源dNTP等，建立了基于dsDNA重組工程的細菌多元基因組編輯方法(dReaMGE)，該技術能在大腸桿菌、假單胞菌和伯克氏菌種中同時介導多個千堿基規模的序列替換、缺失和插入，與現有的多重基因組編輯技術相比具有不引發或者依賴雙鏈斷裂，無插入基因長度限制，不需要對宿主基因組進行預修飾等優勢，能夠高效地對多種細菌進行基因組精簡、基因簇多轉錄單元激活以及代謝網絡改造等工作。dReaMGE技術極大地簡化了細菌基因組多元編輯的流程，是對現有基因組編輯技術的補充，擴展了原核基因組工程技術庫，解決了dsDNA重組工程在多重基因組編輯技術中的缺失，對原核基因組工程具有廣泛的意義。

　　卞小瑩教授課題組主要從事微生物基因組編輯技術、天然產物與合成生物學研究，自2015年加入國重室以來，構建了富含基因簇非模式菌的基因組編輯技術，開發了新型天然產物底盤，解析了脂肽生物合成中的脂鏈選擇機制并應用于結構理性改造，從而建立了以伯克氏菌為核心的基因簇挖掘與改造體系，推動了天然產物合成生物學的創新發展。近五年已在Nat. Commun.、PNAS.、Angewandte Chemie、Nucleic Acids Res等期刊上發表通訊作者論文20余篇。

　　張友明教授研發的Red/ET同源重組技術是世界上大片段基因克隆及改造研究領域的領跑者，也是具有知識產權的、在世界上具有國際競爭力的優勢技術。他的團隊在Red/ET重組工程發展及應用相關研究工作已經發表論文120余篇（其中有12篇Nature及其系列論文發表）。因此2018-2020年連續三年被評為中國高被引學者，2019年被選為歐洲科學院院士，2020年被選為德國工程院院士。

　　該論文由山東大學和德國德累斯頓大學等單位的相關學者合作完成。該項研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、國家博士后基金、山東省杰出青年基金與山東大學青年交叉科學創新群體等項目的資助。微生物技術國家重點實驗室生命科學共性研究技術平臺為本工作提供了重要技術支持。

　　論文鏈接：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab1076/6430846