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[前沿资讯] 中科院微生物所吴边研究组构筑用于生产的合成微生物组 进入全文

中国科学院微生物研究所

氮杂环化合物是由碳原子和氮原子共同组成环状骨架结构的一类化合物,常见于核苷、氨基酸、维生素、生物碱等天然产物中。氮杂环也是药物学家在进行分子设计时最常使用的一类药效基团,对于改善药物选择性、利用度、溶解性具有重要作用。据FDA批准的药物数据统计,60%的小分子药物中含有至少一个氮杂环结构单元。然而,目前氮杂环化合物的合成主要依靠传统化工的工艺流程,往往需要使用有毒溶剂、高污染的反应试剂或催化剂,因此开发高效、温和的氮杂环化合物绿色合成途径既有良好的经济价值也兼具重要的社会效益。相较于化学合成,微生物合成在环保与可持续性发展方面具备天然的优势,但由于大多数氮杂环化合物缺乏天然的代谢合成途径,同时具有较高的细胞毒性,高效的氮杂环微生物从头合成(de novo biosynthesis)尚未见报导。近年来,随着合成生物学与微生物组学快速发展、交汇融合,合成微生物组成为了微生物领域新的研究热点。合成微生物组的设计集中在代谢层面与物种层面,运用合成生物学原理构建代谢途径,将复杂的代谢合成途径分割成独立的功能性模块并整合到不同的菌株中,通过多个菌株的分工与合作实现特定的功能。与传统的单菌株相比,合成微生物组具有降低菌株代谢负担与遗传改造难度、提供多样的元件表达平台、实现"即插即用"的模块替换等优势,在生物合成平台化合物、复杂大分子以及生物燃料等方面具有广阔的应用前景,也为实现非天然功能性化合物的生物合成带来了曙光。有鉴于此,中国科学院微生物研究所吴边团队依托于实验室长期的微生物催化碳-氮成键反应研究基础,利用逆向生物合成分析,通过理性分子结构切割与官能团转化,设计出一条直接从基础生物原料葡萄糖到芳香类氮杂环化合物的新型人工合成途径。为避免中间产物累积造成的细胞毒性和产物抑制效应,以及多个催化体系之间辅酶平衡系统的互相干扰等因素,研究团队将该合成途径所涉及的十余个生物元件分布到不同的工程菌株中,构筑出包括合成砌块供应、碳氮成环以及侧链功能化三个模块的微生物组体系,经过系统性的工艺优化,成功以顺次一锅发酵的方式,首次实现了芳香氮杂环化合物的高效从头生物合成。该工作是利用合成微生物组制备高附加值非天然化学品领域的率先突破,为合成生物学与微生物组学在非天然化学品生物制造领域的融合应用提供了新的方法和思路。

[前沿资讯] 基因编辑工具再添超紧凑型系统 CRISPR-CasΦ具有更广泛靶标识别能力 进入全文

科学网

基因编辑技术日渐成熟,基因编辑的工具箱也在不断扩充。美国研究人员近日在《科学》杂志上发表论文称,他们在巨大噬菌体中发现了一种超紧凑型CRISPR-Cas系统,与CRISPR-Cas9和CRISPR-Cas12a相比,其能够对更广泛的基因序列设靶,有望成为CRISPR基因编辑工具箱中的又一个强力工具。该研究由加州大学伯克利分校的詹妮弗·杜德纳教授领导,新发现的CRISPR-Cas系统被称为CRISPR-CasΦ。Φ是希腊字母,传统上被用来表示噬菌体。与细菌和古生菌基因组中的CRISPR-Cas系统不同,CRISPR-CasΦ系统缺乏常见的辅助蛋白,而拥有专属的、具有独特生化性质的CasΦ酶,这种酶也是该系统中除CRISPR阵列外的唯一组件。

[前沿资讯] 两种国产转基因玉米大豆获生物安全证书 大北农一品种获批 进入全文

基因农业网

7月15日,农业农村部科技教育司发布《2020年农业转基因生物安全证书(生产应用)批准清单》,其中包含玉米、大豆各一种。这是近十年来第二批获得生物安全证书的国产转基因玉米、大豆。批准清单显示,此次获批玉米品种为北京大北农生物技术有限公司申报的转epsps和pat基因耐除草剂玉米DBN9858,生产应用区域为北方玉米区。大豆品种为中国农业科学院作物科学研究所申报的转g2-epsps和gat基因耐除草剂大豆中黄6106,生产应用区域为黄淮海夏大豆区。两者安全证书有效期均为2020年6月11日至2025年6月11日。

[前沿资讯] 中国农科院作物所刘允军团队利用基因编辑技术创制矮秆玉米 进入全文

莱肯生物

赤霉素氧化酶是控制作物株高的关键,培育半矮秆表现型作物能够提高产量和抗倒伏性。最近,中国农科院作物所刘允军团队利用CRISPR/Cas9系统特异性地诱导了ZmGA20ox3基因的靶向突变。获得了经过基因编辑的“非转基因”矮秆玉米植株,为半矮秆玉米育种提供了遗传资源。研究人员选择玉米GA20ox3基因的第一外显子区域设计了两个靶点,并获得了两种纯合突变型植株。其中第一种突变型在第一个靶点处有一个A碱基的插入,在第二个靶点处有一个C碱基的缺失;第二种突变型在第一个靶点处缺失22个碱基,在第二个靶点处有一个C碱基的缺失。进一步的表型鉴定显示,这两种突变型植株均呈现半矮秆表型。进一步研究显示,外施赤霉素可以恢复矮秆表型,表明突变体是赤霉素缺乏的。由于GA20氧化酶的破坏,突变体中GA12和GA53的含量相应增加,而其他GA前体(GA15、GA24、GA9、GA44和GA20)的含量降低,生物活性GA1和GA4的积累也减少,从而形成半矮秆表型。研究者进一步在T2代植株中选育出无外源基因的矮秆玉米。

[前沿资讯] 西北农林与中国农大合作发现玉米种子耐储能力与幼苗长势负相关的分子机理 进入全文

国科农研院公众号

西北农林与中国农大合作解析了玉米种子耐储性和幼苗生长存在负相关的分子机理。研究人员通过研究玉米zmdreb2a基因突变体,发现该突变体种子发芽后胚根和胚芽伸长显著优于其共分离的野生型对照(NS),但突变体种子的耐老化能力较其NS对照显著降低。进一步研究发现zmdreb2a突变体种胚中生长素含量显著升高,转录组测序发现参与生长素降解的基因GH3.2的表达受到抑制。体内和体外实验表明ZmDREB2A通过结合在GH3.2基因启动子上的DRE元件直接调控GH3.2的表达。这一发现也解释了过量表达转录因子ZmDREB2A基因抑制植物生长的分子机理。研究人员同时发现ZmDREB2A可以直接调控玉米棉子糖合成酶基因(ZmRAFS)的表达影响种胚中棉子糖的积累水平从而影响了玉米种子的耐老化能力。

[前沿资讯] 扬州大学科学家揭示调控种子发育关键基因的功能分化 进入全文

基因农业网

7月6日,扬州大学教授陈忱研究组在发现两个同源基因OsFIE1和OsFIE2在水稻演化及其调控种子发育过程中起到了重要作用,证实了它们在调控种子发育中的功能发生了分化。粒重、穗粒数和有效穗数是水稻产量三要素。因此水稻籽粒的生长发育对于水稻产量具有重要意义。此前已证实,OsFIE1和OsFIE2是参与调控水稻籽粒发育的关键基因,但是对于其演化机制和功能分化研究并不清楚。陈忱研究组阐明了OsFIE1、OsFIE2演化机制:OsFIE1是通过一次距今较近的OsFIE2复制事件产生的,只有稻族植物存在其同源基因;在稻属植物演化过程中,OsFIE1蛋白在N端产生了一段额外的序列;相较于OsFIE1以及其他PRC2成员,OsFIE2基因经历了显著的纯化选择。进一步功能分析发现,OsFIE1蛋白的N端额外序列并不是造成OsFIE1和OsFIE2过表达植株表型差异的原因。在胚乳中特异过量表达OsFIE1能够导致种子变小。通过创制OsFIE1和OsFIE2的CRISPR/Cas9敲除突变体材料,发现OsFIE1突变对种子早期发育的影响较小,但是osfie1籽粒显著变小、穗发芽明显增加;而OsFIE2突变导致胚乳细胞化过程受阻,无法获得osfie2纯合突变体。进一步分析表明,OsFIE1和OsFIE2对一些贮藏蛋白合成以及光合作用基因的表达调控存在加性效应。该研究证明了OsFIE1和OsFIE2在调控种子发育中的功能发生了分化,OsFIE1主要在种子发育后期发挥作用,而OsFIE2对胚乳早期发育特别是细胞化过程中是必需的。研究结果将为改良作物籽粒大小和提高作物产量提供新的基因资源。

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