近日，课题组与张友明教授课题组合作在细菌基因组多位点编辑技术开发和应用方面取得重要进展，相关研究成果以“ReaL-MGE is a tool for enhanced multiplex genome engineering and application to malonyl-CoA anabolism”为题发表在国际著名期刊Nature Communications ( 2024,15(1): 9790 )上。

    精准性和高效性是基因编辑工具开发和优化的核心和基石。课题组前期工作建立了基于dsDNA重组工程的细菌多元基因组编辑方法(dReaMGE, Nucleic Acids Res 2022, 50(3): e15)，极大的简化了细菌基因组多元编辑的流程，实现了dsDNA重组工程在多重基因组编辑技术中应用。但仍存在重组效率不够高，同时编辑位点个数较少、抗性基因标记依赖等问题。本研究通过引入CRISPR-Cas系统线性化表达策略刺激同源重组和进行反向筛选，并通过对核酸外切酶Exo VII的不同亚基（XseA和XseB）进行有针对性的调控，进一步提高同源重组效率，从而联合dReaMGE技术和CRISPR-Cas技术建立了细菌多重基因组编辑技术ReaL-MGE（Recombineering and Linear CRISPR assisted Multiplex Genome Editing），该技术可以通过一轮编辑完成细菌基因组多个（>20个）位点千碱基级别序列的同时插入编辑。

    利用ReaL-MGE对大肠杆菌E. coli BL21、伯克氏菌DSM7029和恶臭假单胞菌 P. putida KT2440的进行丙二酰辅酶A代谢网络改造、基因组优化以及木质纤维素降解与利用网络重塑，实现大肠杆菌中抗氧化化合物芦荟松和伯克氏菌中抗癌药物埃博霉素的高效生物合成，打通了利用伯克氏菌实现天然木质纤维素向抗癌药物的高效生物转化，获得了细菌丙二酰辅酶A生产能力提升的普适性策略，为更多丙二酰辅酶A衍生品微生物细胞工厂的构建提供新思路。ReaL-MGE是突破了DNA供体底物类型与长度限制的基因组超多位点精准编辑技术，也是基因组系统性编辑技术的有力扩充。

    山东大学博士后郑文韬、课题组硕士毕业生王宇璇和在读博士生崔洁为论文的共同第一作者，卞小莹教授与王雪研究员、张友明教授和Francis Stewart教授为共同通讯作者，微生物技术国家重点实验室为第一完成单位和通讯作者单位。上述研究成果得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目的资助。山东大学生命环境研究公共技术平台为该工作提供了重要技术支持。

    文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54191-4