多重稳定同位素标记结合单细胞拉曼光谱技术筛选微藻突变体方法学研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31900074
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0105.微生物学新技术与新方法
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Phenotype-based detection and sorting have become a rate-limiting step in the design and construction of microalgal cell factories. I have previously established a method based on single-cell Raman spectra (SCRS) that is able to simultaneously quantify the intracellular profile of carbon-storage molecules (i.e., starch, protein, and triacylglycerol) in individual microalgal cells. This method is advantageous to previous methods, since it does not require cell propagation, destroying the cell or extended and sophisticated analytic procedures. However, can SCRS be used to detect and sort ‘superior algae’ that carry multiple improved phenotypes? To address this question, here employing the industrial oleaginous microalga Nannochloropsis oceanica as a model, we propose to establish a technical platform called mSIP-Ramanometry (multiplex Stable Isotope Probing-Ramanometry; or mSIP-R) for analyzing the profile of metabolically active substrates, the profile of products and their inter-correlation at the resolution of single microalgal cells. Furthermore, by coupling mSIP-R with our Raman-activated microfluidic cell sorting systems, we will demonstrate the screening of ‘superior algae’ that carry multiple improved phenotypes directly from a mutant library, in a label-less, culture-free, unbiased and high-throughput manner. Key challenges for me to tackle include, e.g., how to deduce and quantify multiple phenotypes simultaneously from a single SCRS? how to decide whether a change in SCRS is due to the change of ‘state’ or that of ‘genotype’ of the cell? how to protect the vitality of algal cells during Raman-activated Cell Sorting? This novel technical platform, once validated and optimized, will be of general value for the mining, screening and strain development of not just microalgae but other unicellular microorganisms.
突变体表型检测与分选是构建微藻细胞工厂的关键和限速步骤之一。基于单细胞拉曼光谱(SCRS),申请人已建立了快速同时定量单个微藻细胞淀粉、蛋白质、甘油三酯和总脂不饱和度的方法,克服了传统方法依赖培养、破坏细胞、耗时耗力等不足。然而,基于SCRS能否检测并分选具有多表型优势的“超级藻株”呢?以新型光合底盘细胞微拟球藻为研究对象,本项目将开发多重稳定同位素标记结合单细胞拉曼光谱技术(mSIP-Ramanometry),通过解决“如何从一张SCRS解析多重表型信息?”、“如何判断SCRS变化源于细胞状态还是基因型改变?”、“如何实现活体细胞拉曼分选?”等难点,建立在单细胞精度同时考察细胞“底物谱”、“产物谱”及其“底物-产物关联谱”的方法;进而耦合拉曼流式分选技术,示范不赖于培养、直接从突变体库中识别与分选具有多表型优势的“超级藻株”。该方法的建立将为单细胞微生物分子育种提供具有通用性的技术平台。

结项摘要

突变体表型检测与分选是构建微藻细胞工厂的关键和限速步骤之一。本项目以微拟球藻为研究对象,通过多种方式的碳源和氢源稳定同位素标记,建立了三种底物标记策略,包括“直接标记”、“竞争性标记”和“协同标记”,可用于考察单个微藻细胞的“产物谱”、“总体代谢活性”、“碳源利用”、“碳源偏好”、“碳源-水协同利用”等关键表型。同时,本项目开发了“拉曼组内关联分析(IRCA)”的理论框架与算法,仅仅基于一个拉曼组数据点,就能推测该状态下的代谢物相互转化网络,包括“产物-产物关联谱”、“底物-产物关联谱”等。最后,本项目耦合拉曼流式分选技术,示范了不赖于培养、直接从突变体库中识别与分选特定表型突变株的筛选策略。该方法的建立为单细胞微生物分子育种提供具有通用性的技术平台。本项目已经发表1区Top论文2篇,获得1项专利授权。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Exploring a blue-light-sensing transcription factor to double the peak productivity of oil in Nannochloropsis oceanica.
探索蓝光感应转录因子,使微拟球藻的石油峰值生产力加倍
  • DOI:
    10.1038/s41467-022-29337-x
  • 发表时间:
    2022-03-29
  • 期刊:
    Nature communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Zhang P;Xin Y;He Y;Tang X;Shen C;Wang Q;Lv N;Li Y;Hu Q;Xu J
  • 通讯作者:
    Xu J
Intra-Ramanome Correlation Analysis Unveils Metabolite Conversion Network from an Isogenic Population of Cells.
拉马诺组内相关分析揭示了同基因细胞群的代谢物转化网络
  • DOI:
    10.1128/mbio.01470-21
  • 发表时间:
    2021-08-31
  • 期刊:
    mBio
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    He Y;Huang S;Zhang P;Ji Y;Xu J
  • 通讯作者:
    Xu J

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其他文献

其他文献

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AI技术路线图

何曰辉的其他基金

服务微生物细胞工厂高效筛选的“基因组-泛拉曼组”数据类型构建及应用示范
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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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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