非模式圆红冬孢酵母的CRISPR系统建立和适配机制及其代谢工程应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21878013
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0812.生物化工与合成生物工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

CRISPR systems played important roles in many genetic applications, such as gene editing and transcriptional regulation. However, most studies are carried in host with clear genetic background and plenty of genetic tools. It is thus important to find an efficient way to develop CRISPR systems in non-model organisms that lack of genetic tools and clear genetic information, such as the non-model oleaginous yeast Rhodosporidium toruloides with great biotechnological potentials. Here, as a case study, we propose a strategy to develop CRISPR-based platforms in R. toruloides. In our method, biological units, such as stable expression plasmids and RNA Pol III promoters, will be explored and optimized that can be used in CRISPR systems. Then, with the help of a fully automated platform, BioFoundry., combinatorial expression of these units will be carried out in high-throughput manner to optimize the efficiency of different CRISPR systems for gene editing, regulation, and screening. Lessons from the high-throughput data in combination with multivariate data analysis (MVDA) will facilitate the understanding of the mutual adaptation between different units, which could be used a guide to develop CRISPR systems in other non-model organisms. As a demonstration, we will apply these new strategies and tools to engineer fatty acid metabolism in R. toruloides, with a focus on the production of a fatty acid derivative product, fatty acid ethyl esters (FAEEs).
目前,基于CRISPR系统的基因组编辑和调控技术因其操作简单高效成为研究热点,然而相关研究仍集中于遗传背景清晰且遗传工具较为丰富的宿主。如何将CRISPR系统延伸到遗传工具匮乏甚至遗传背景模糊的非模式生物(如具有广泛工业应用前景的非模式产油菌株圆红冬孢酵母),成为了一个有待挖掘的研究领域。为此,本项目以在圆红冬孢酵母中开发CRISPR系统为研究模型,挖掘和优化相关生物元件,并借助本团队前期建立的全自动化工作平台BioFoundry对CRISPR系统中各元件的表达策略进行高通量测试和筛选,构建可在圆红冬孢酵母中进行基因缺失、转录调控和基因组水平转录双向筛选的CRISPR系统。拟利用高通量测试及多变量数据分析方法,解析CRISPR系统中各个元件之间的适配性,指导CRISPR系统的优化及推广。本项目还将利用开发的新技术调控圆红冬孢酵母脂肪酸代谢,进而构建高产脂肪酸乙酯的工程菌株,展现其应用潜力。

结项摘要

合成生物学工具及其生物元件的缺乏是限制非模式生物的代谢工程应用的一个主要瓶颈。本研究在非模式圆红冬孢酵母中挖掘了多种基本的生物元件,同时建立并优化CRISPR系统可实现对任意基因表达水平的调控或单碱基编辑。这些元件挖掘和工具开发既为在众多遗传信息和工具匮乏的非模式生物中开发CRISPR系统提供指导和示范意义,又可为促进圆红冬孢酵母发展成为新型脂肪酸细胞工厂提供有力的技术支持。与此同时,我们还构建了高产脂肪酸乙酯和蜡酯的圆红冬孢酵母细胞工厂,其中脂肪酸乙酯产量达到9.97g/L,为文献发表时酵母中的最高产量,在菌株的优化过程中还揭示了影响脂肪酸合成代谢的关键基因,这些示例研究和发现可促进圆红冬孢酵母的代谢工程改造从而发展新的脂肪酸合成细胞工厂。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
蜡酯合成酶的研究进展及其应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    北京化工大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖一凡;彭杰;张扬;史硕博
  • 通讯作者:
    史硕博
De Novo Genome Sequencing and Assembly of Rhodosporidium toruloides Strain Δdao1e
圆红冬孢酵母菌株 Îdao1e 的从头基因组测序和组装
  • DOI:
    10.1007/s00248-018-1284-z
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    Microbiology resource announcements
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    Xiao Guo;Shuobo Shi
  • 通讯作者:
    Shuobo Shi
塑造低碳经济的第三代固碳生物炼制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    合成生物学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    史硕博;孟琼宇;乔玮博;赵惠民
  • 通讯作者:
    赵惠民
Engineering oleaginous yeast Rhodotorula toruloides for overproduction of fatty acid ethyl esters
改造产油酵母圆红酵母以过量生产脂肪酸乙酯
  • DOI:
    10.1186/s13068-021-01965-3
  • 发表时间:
    2021-05-08
  • 期刊:
    Biotechnology for Biofuels
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Zhang Y;Peng J;Zhao H;Shi S
  • 通讯作者:
    Shi S
CRISPR/Cas9系统在基因组编辑中的优化与发展
  • DOI:
    10.12211/2096-8280.2022-047
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    合成生物学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    滕小龙;史硕博
  • 通讯作者:
    史硕博

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转录组平台技术及其在代谢工程中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    生物工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    史硕博;赵学明;陈涛
  • 通讯作者:
    陈涛
转录组平台技术及其在代谢工程中的应用
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  • 期刊:
    生物工程学报
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  • 作者:
    史硕博;赵学明;陈涛
  • 通讯作者:
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酵母新型多顺反子体系的机制探索及应用研究
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    22261142667
  • 批准年份:
    2022
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合成生物学助力酿酒酵母甲羟戊酸途径适配优化及萜类细胞工厂构建
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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