热点评论|受基因组手术刀改造的工业微藻可将CO2 有效转化为生物燃料

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受基因组手术刀改造的工业微藻可将CO2 有效转化为生物燃料

【 biofueldaily网 3月19日报道】

基因手术后的单细胞藻类剔除了非必需基因，这样细胞能最高效地将阳光和CO 2转化为可持续生物燃料。

中国科学院青岛生物能源与过程研究所（青岛能源所，QBEBT ）的研究员已从一种产油微藻中剥离了大量千碱基基因组，敲除了非必需基因。他们由此发明了一种基因组手术刀，可快速、有创意地修剪微藻基因组。

生产出的“最小基因组”微藻有可能成为进一步研究单个基因的分子和生物功能的模型生物，或者作为合成生物学家的“底盘”菌株，用于增强生物燃料或生物塑料等生物大分子的定制生产。

“最小基因组”剥离了具有重复或无明显功能的“垃圾基因”，它的诞生将有利于对遗传功能的基本问题进行研究，也有助于设计生产有用化合物的细胞工厂。

这种最小基因组已出现在简单生物中，却鲜见于真核生物中，如藻类或植物。在高等真核生物中，垃圾基因占整个基因组的7 0 % ，删除看似无用的垃圾基因实际上会损害甚至杀死生物体。

青岛能源所研究员首次为一种名为 “ Nannochloropsis oceanica”的藻类制作了带有定向删除的基因组。

微藻（单细胞藻类）N. oceanica 极有可能以可再生和可持续的方式生产生物燃料、生物材料和平台化合物，同时可降低温室气体的排放。然而，要实现微藻的潜力，需要对微藻进行大规模基因工程改造，令产量最大化，让生产成本最小化。

青岛能源所研究团队首次确定了非必要染色体的区域，即那些很少表达或激活基因的区域。他们确定了1 0 个这样的“低表达区”，或称LERs ，之后，他们利用CRSPR-Cas9 基因技术剪掉了两个最大的低表达区，大小超过200 个千碱基。

研究的第一作者、青岛能源所生物技术研究所单细胞中心（SCC）的王钦涛表示：“尽管剪掉了这些非必要基因，但微藻的生长、脂质含量、脂肪酸饱和水平和光合作用基本正常。在一些情况下，甚至略高于野生微藻的生长速率和生物量。”

青岛能源所的SCC 研究作者徐健表示：“有趣的是，我们在染色体30 的端粒缺失突变体中发现了正常的端粒 ，这一现象说明染色体远端部分的丢失可能会导致端粒重生。”

大幅剪切后的基因组可视作接近Nannochloropsis 的最小基因组，也可作为“底盘”菌株，利用进一步的代谢工程定制生产生物分子。

现在，已经证实他们可以剥离如此复杂的真核生物基因组，研究员现在想看看他们是否可以进一步剪掉LER 和其他非致命区域，打造一个完全最小化的Nannochloropsis，以最高的效率将CO 2转化为生物燃料。

这项研究于2021 年3 月14 日发表在《The Plant 》上。

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陈思源

刘永丽

李静维