酿酒酵母适应性实验室进化工具的最新进展

• 作者: 李祎 林振泉 刘子鹤
• 来源期刊: 合成生物学
• 关键词: 酿酒酵母 进化工程 多位点编辑 自动化连续进化 基因组工程
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 所属期刊栏目: 特约评述|Invited Review
• 页码范围: 287-301
• 页数: 15页
• 分类号: Q-1|Q81
• 语种: 中文
• DOI: 10.12211/2096-8280.2020-077

摘要

酿酒酵母作为重要的模式生物和微生物细胞工厂已广泛用于代谢工程、系统生物学和合成生物学研究.由于微生物系统代谢和调控网络的复杂性,通过人工理性设计及基因扰动难以获得鲁棒性较好的表型,因此进化工程在构建稳定的微生物细胞工厂中发挥着重要作用.微生物适应性实验室进化工程通过模拟自然进化过程,构建大量遗传多样性的突变库,经过筛选可快速获得稳定性状的菌株.随着合成生物学和系统生物学的发展,研究人员开发了多种基因组规模的多位点快速进化工具,并结合计算机辅助进化系统实现了自动化连续进化技术.本综述着重介绍在酿酒酵母中基因组规模的多位点快速进化,包括合成型酿酒酵母基因组重排(SCRaMbLE)、寡核苷酸介导的多位点进化工具(YOGE和eMAGE)和基于CRISPR系统的多位点编辑(CHAnGE、MAGESTIC、Target-AID和yEvolvR)等基因组规模的进化策略的研究;以及自动化连续进化技术(eVOLVER、ICE和ACE等).利用合成生物学方法通过在基因组水平进行多位点快速编辑或连续进化以产生具有遗传多样性的细胞群体,并在特定的筛选条件下对目标突变株进行富集,进而解析其基因型表型关系,可实现在短期内快速高效识别适应性进化的关键因素和协同作用.最后展望了实验室适应性进化工程与计算机辅助设计、自动化技术有机结合的机遇和在高通量筛选方向的挑战.