據(jù)外媒報(bào)道，單細(xì)胞藻類(lèi)經(jīng)過(guò)基因組“手術(shù)”，去除非必要的部分。這可以形成一個(gè)最高效的細(xì)胞工廠，利用陽(yáng)光和二氧化碳生產(chǎn)可持續(xù)的生物燃料。中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所（QIBEBT）的研究人員從一種產(chǎn)油微藻中剝離出了大量的基因組，敲除了它發(fā)揮作用所必需的基因。通過(guò)這種方式，他們創(chuàng)造出了一把 “基因組手術(shù)刀”，可以快速、創(chuàng)造性地修剪微藻基因組。
生產(chǎn)出的 “最小基因組 ”微藻有可能成為進(jìn)一步研究每一個(gè)基因的分子和生物功能的模型生物，或者作為合成生物學(xué)家的“底盤(pán)”菌株，用于增強(qiáng)生物燃料或生物塑料等生物大分子的定制生產(chǎn)。
該研究于3月14日發(fā)表在《植物雜志》上。
創(chuàng)建一個(gè)“最小基因組”--去掉所有重復(fù)或明顯無(wú)功能的“垃圾基因”的基因組--對(duì)于研究有關(guān)遺傳功能的基本問(wèn)題和設(shè)計(jì)生產(chǎn)有價(jià)值化合物的細(xì)胞工廠非常有用。
這種最小的基因組已經(jīng)為簡(jiǎn)單的生物體創(chuàng)造了，但很少為真核生物體，包括藻類(lèi)或植物創(chuàng)造。在高等真核生物中，“垃圾”區(qū)域可以占到基因組的70%。刪除看似只是 “垃圾基因”的東西，實(shí)際上會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生有害影響，甚至導(dǎo)致生物體死亡。
來(lái)自QIBEBT的研究人員首次為一種名為 "Nannochloropsis oceanica "的藻類(lèi)制作了帶有定向刪除的基因組。
N. oceanica是一種微藻（單細(xì)胞藻類(lèi)），在減少溫室氣體排放的同時(shí)，以可再生和可持續(xù)的方式生產(chǎn)生物燃料、生物材料和其他平臺(tái)化學(xué)品，具有巨大的潛力。然而，要實(shí)現(xiàn)這些微藻的潛力，需要對(duì)生物體進(jìn)行廣泛的基因工程，以最大限度地提高產(chǎn)量并降低生產(chǎn)成本。
QIBEBT團(tuán)隊(duì)首先確定了非必要的染色體區(qū)域--那些基因很少被表達(dá)或激活的區(qū)域。他們確定了10個(gè)這樣的“低表達(dá)區(qū)”，或稱(chēng)LERs。然后，他們使用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)剪掉了其中兩個(gè)最大的LER--大小超過(guò)200千堿基。
"盡管全部剪掉了，但微藻仍然表現(xiàn)出基本正常的生長(zhǎng)、脂質(zhì)含量、脂肪酸飽和度和光合作用，"研究第一作者、QIBEBT生物技術(shù)研究所單細(xì)胞中心（SCC）的王欽濤說(shuō)。"在某些情況下，甚至比野生的生物體有略高的生長(zhǎng)速度和生物量生產(chǎn)力。"
"我們有趣地發(fā)現(xiàn)，在30號(hào)染色體的端粒刪除突變體中，端粒是正常的，"QIBEBT的SCC的研究作者徐健說(shuō)。"這一現(xiàn)象意味著染色體遠(yuǎn)端部分的丟失可能會(huì)誘導(dǎo)端粒再生。"
已經(jīng)，被大幅剪裁的基因組應(yīng)該可以作為Nannochloropsis中一個(gè)更接近最小的基因組，它可以作為在這個(gè)“底盤(pán)”上使用進(jìn)一步的代謝工程定制生產(chǎn)生物分子的“底盤(pán)”菌株。
現(xiàn)在，他們已經(jīng)證明了他們可以將如此復(fù)雜的真核生物的基因組剝離出來(lái)，研究人員現(xiàn)在想看看他們是否可以進(jìn)一步剪掉LER和其他非致命區(qū)域，以打造一個(gè)完全最小化的Nannochloropsis，以最高的效率從二氧化碳中制造生物燃料。
