行業(yè)動(dòng)態(tài)| 中科院在國(guó)際上首次完成了水稻全生命周期空間培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)；周雍進(jìn)等人最新研究進(jìn)展
行業(yè)動(dòng)態(tài)資訊匯總： 1.中科院國(guó)際首次完成了水稻全生命周期空間培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)一、中科院國(guó)際首次完成了水稻全生命周期空間培養(yǎng)實(shí)驗(yàn) 北京時(shí)間12月4日20時(shí)09分，神舟十四號(hào)飛船返回艙在東風(fēng)著陸場(chǎng)成功著陸。當(dāng)天，隨艙下行的載人空間站第三批空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品在著陸場(chǎng)交付空間應(yīng)用系統(tǒng)，并于5日凌晨返回北京，順利運(yùn)抵中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心，空間應(yīng)用系統(tǒng)總體與相關(guān)實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)樣品基本狀態(tài)的檢查，確認(rèn)返回樣品完好后，順利交接相關(guān)實(shí)驗(yàn)科學(xué)家。
據(jù)了解，返回的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品中包含了中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心的水稻和擬南芥種子。這兩種植物種子經(jīng)歷了120天的空間培育生長(zhǎng)，完成了從種子到種子的發(fā)育全過(guò)程。其中，收獲的水稻種子是國(guó)際上首次在軌獲得的水稻種子。目前，返回水稻和擬南芥樣品一部分已做固定處理，水稻種子將帶回中科院分子植物卓越中心實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)培養(yǎng)。
水稻是人類主要的糧食作物，養(yǎng)活了世界上近一半的人口，也是未來(lái)載人深空探測(cè)生命支持系統(tǒng)的主要候選糧食作物。利用空間微重力進(jìn)行水稻育種也是空間植物學(xué)研究的重要方向之一。種子既是人類的糧食，也是繁殖下一代植物的載體，人類要在空間長(zhǎng)期生存，就必須要保證植物能夠在空間完成世代交替，成功繁殖種子。但是，之前國(guó)際上在空間只完成了擬南芥、油菜、豌豆和小麥從種子到種子的培養(yǎng)，而主要糧食作物水稻，此前尚沒(méi)有能夠在空間完成水稻全生命周期的培養(yǎng)。
從2022年7月29日注入營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)?dòng)實(shí)驗(yàn)，至11月25日結(jié)束實(shí)驗(yàn)，本項(xiàng)目共在軌開(kāi)展實(shí)驗(yàn)120天，完成了擬南芥和水稻種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、開(kāi)花結(jié)籽全生命周期的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。期間航天員在軌進(jìn)行了三次樣品采集，包括9月21日孕穗期水稻樣品采集；10月12日擬南芥開(kāi)花期樣品采集和11月25日水稻和擬南芥種子成熟期樣品采集。采集后，開(kāi)花或孕穗期樣品保存于-80℃低溫存儲(chǔ)柜中，種子成熟期樣品保存于4℃低溫存儲(chǔ)柜。12月4日，樣品隨神舟十四號(hào)返回地面。在北京完成交接樣品后，將轉(zhuǎn)運(yùn)至上海實(shí)驗(yàn)室中做進(jìn)一步檢測(cè)分析。(本文來(lái)源：中科院分子植物卓越中心)
二、周雍進(jìn)團(tuán)隊(duì)改造酵母高產(chǎn)香紫蘇醇創(chuàng)二萜效價(jià)紀(jì)錄 龍涎香在醫(yī)學(xué)和生活中有很多的用處，它可以活血化瘀和通經(jīng)活絡(luò)，同時(shí)也具有填精髓和補(bǔ)腎陽(yáng)的功效，還能治療咳嗽咳痰，而且它有特殊香味，能夠制作香料。然而，目前通過(guò)植物提取生產(chǎn)的方法既不經(jīng)濟(jì)也不環(huán)保，因?yàn)樗枰M(fèi)力且成本高的純化程序，而且植物栽培對(duì)環(huán)境因素很敏感。近期，周雍進(jìn)等人研究發(fā)現(xiàn)二萜類化合物香紫蘇醇是替代龍涎香可持續(xù)供應(yīng)的重要工業(yè)前體。用于生物制造的工程細(xì)胞工廠可以實(shí)現(xiàn)天然產(chǎn)品的可持續(xù)生產(chǎn)。然而，因?yàn)槟繕?biāo)化合物的過(guò)度生產(chǎn)，嚴(yán)格的代謝調(diào)控對(duì)重組細(xì)胞新陳代謝提出了挑戰(zhàn)。
近期，來(lái)自中科院大連化物所的周雍進(jìn)等人在《Metabolic Engineering》上發(fā)表了名為”Engineering yeast for high-level production of diterpenoid sclareol ”的文章，作者使用了一種模塊化的方法來(lái)全局重新連接細(xì)胞代謝，將細(xì)胞代謝從游離脂肪酸生物合成轉(zhuǎn)變?yōu)槎粕a(chǎn)，分為三個(gè)模塊：提供乙酰輔酶A的中心代謝模塊、類異戊二烯生物合成途徑模塊和調(diào)節(jié)因子模塊，首先原位恢復(fù)缺失的FFA1/4并移除用于脂肪酸生物合成的過(guò)表達(dá)基因(FAS1/2和TESA)，創(chuàng)建了一株有效供應(yīng)乙酰輔酶A和NADPH的底盤菌株。在該底盤中過(guò)表達(dá)tHMG1、SpHMGR和ERG20*使香紫蘇醇(菌株SCX23)的產(chǎn)量為6.4mg/L，是對(duì)照菌株CXM21的5.2倍，進(jìn)一步過(guò)表達(dá)ERG10和HMG2*導(dǎo)致與菌株CXM22相比提高22倍(菌株SCX28為49.1mg/L)；接下來(lái)設(shè)計(jì)了異戊二烯途徑，以改善香紫蘇醇的生物合成。在菌株SCX32中，額外表達(dá)兩個(gè)拷貝的HMG2*基因可將香紫蘇醇產(chǎn)量提高到120.3mg/L。通過(guò)用HXT1啟動(dòng)子取代ERG9的天然啟動(dòng)子，下調(diào)ERG9的表達(dá)，通過(guò)阻止麥角固醇的生物合成，將香紫蘇醇的產(chǎn)量提高到310.5mg/L；隨后引入一種來(lái)自桃擬莖點(diǎn)霉的香葉基香葉基焦磷酸（Geranylgeranyl pyrophosphate，GGPP）合成酶(GGPPS)，它直接催化IPP(異戊烯基二磷酸)和DMAPP(二甲基烯丙基二磷酸)的C5單元形成GGPP。過(guò)表達(dá)融合基因BTS1-PaGGPPS使SCX38菌株的香紫蘇醇產(chǎn)量提高到347.4mg/L；同時(shí)刪除了SCX38菌株中的調(diào)節(jié)基因ROX1、DOS2、VBA5、YER134C、YNR063W和YGR259C，并觀察到SCX42的香紫蘇醇產(chǎn)量提高了1.7倍達(dá)到918mg/L。
本篇文獻(xiàn)中菌株SCX42-LAC1-OYE3-UH的補(bǔ)料分批發(fā)酵使香紫蘇醇的產(chǎn)量超過(guò)11.4g/L，這是到目前為止文獻(xiàn)報(bào)道的最高的二萜效價(jià)，代謝通量分析表明，模塊化的平衡代謝驅(qū)動(dòng)代謝通量向目標(biāo)分子的生物合成方向發(fā)展，轉(zhuǎn)錄分析表明，中心代謝基因的表達(dá)形成了新的平衡代謝，為其他微生物可持續(xù)生產(chǎn)的代謝工程奠定了基礎(chǔ)。(原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1096717622001379?via%3Dihub)
三、以組蛋白去乙?；敢种苿┰鲂葘?dǎo)和堿基編輯 堿基編輯器和先導(dǎo)編輯器的開(kāi)發(fā)提高了基因組精確突變的能力。四川大學(xué)姚少華和楊勝勇實(shí)驗(yàn)室通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的報(bào)告系統(tǒng)來(lái)篩選可能影響HEK293T細(xì)胞中堿基編輯和先導(dǎo)編輯效率的小分子候選者。通過(guò)對(duì)靶向染色質(zhì)修飾劑、細(xì)胞周期進(jìn)程、有絲分裂、DNA損傷反應(yīng)或DNA修復(fù)的小分子進(jìn)行了重點(diǎn)篩選，確定了一組明顯提高先導(dǎo)編輯插入效率的組蛋白去乙酰化酶抑制劑。測(cè)試?yán)肞E3介導(dǎo)插入、缺失和點(diǎn)突變，發(fā)現(xiàn)在HEK3位點(diǎn)HDACi將PE3插入40bp的效率提升了137%，40bp缺失增加了130%，但是意外的是，HDACi并沒(méi)有提高PE介導(dǎo)的點(diǎn)突變，而是起了抑制作用，點(diǎn)突變效率從平均15.7%下降至9%，其余位點(diǎn)也顯示出相同的趨勢(shì)，證明HDACi對(duì)于先導(dǎo)編輯插入和缺失有利，對(duì)于點(diǎn)突變不利。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)HDACi能提高胞嘧啶和腺嘌呤堿基編輯器的效率。HDACi提高了胞嘧啶堿基編輯器產(chǎn)物的純度，同時(shí)上調(diào)了尿嘧啶DNA糖基化酶和尿嘧啶DNA糖基化酶抑制劑的乙?；?，并增強(qiáng)了它們的相互作用。
總的來(lái)說(shuō)，本研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)源途徑可以改善人類細(xì)胞中堿基編輯和先導(dǎo)編輯效率，HDACi不僅能夠提升先導(dǎo)編輯的插入和缺失效率，也對(duì)胞嘧啶和腺嘌呤堿基編輯器有所提升。
近日，北京理工大學(xué)霍毅欣等人在bioRxiv在線發(fā)表文章：A tRNA Modification-based strategy for Identifying amiNo acid Overproducers (AMINO)。對(duì)tRNA關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的修飾可以降低氨?；?tRNA合成酶催化的tRNA的氨基?；健Ｔ陔p底物反應(yīng)中，隨著濃度的增加，氨基酸可以提高由特異性tRNA修飾引起的氨基?；俾式档汀Ｔ谠撗芯恐?，作者利用相應(yīng)的工程tRNAs和報(bào)告基因開(kāi)發(fā)了一個(gè)特定氨基酸高產(chǎn)菌的篩選系統(tǒng)。作為概念驗(yàn)證，通過(guò)基于生長(zhǎng)和/或熒光激活細(xì)胞分選（FACS）的篩選分別從大腸桿菌和谷氨酸棒狀桿菌的隨機(jī)突變庫(kù)中篩選出L-色氨酸等五種氨基酸高產(chǎn)菌。
這項(xiàng)研究提供了一種通用策略，可用于琥珀終止密碼子重編碼或非重編碼宿主中蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)氨基酸高產(chǎn)菌的篩選。(原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1096717622001379?via%3Dihub)
四、霍毅欣等人以修飾tRNA高篩對(duì)應(yīng)氨基酸高產(chǎn)菌的篩選 隨著對(duì)氨基酸需求的不斷增長(zhǎng)，氨基酸擁有數(shù)十億美元的市場(chǎng)，促進(jìn)高性能微生物工廠的發(fā)展。然而，仍然缺乏一種適用于所有蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)氨基酸的篩選策略。
近日，北京理工大學(xué)霍毅欣等人在bioRxiv在線發(fā)表文章：A tRNA Modification-based strategy for Identifying amiNo acid Overproducers (AMINO)。對(duì)tRNA關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的修飾可以降低氨?；?tRNA合成酶催化的tRNA的氨基?；?。在雙底物反應(yīng)中，隨著濃度的增加，氨基酸可以提高由特異性tRNA修飾引起的氨基酰化速率降低。在該研究中，作者利用相應(yīng)的工程tRNAs和報(bào)告基因開(kāi)發(fā)了一個(gè)特定氨基酸高產(chǎn)菌的篩選系統(tǒng)。作為概念驗(yàn)證，通過(guò)基于生長(zhǎng)和/或熒光激活細(xì)胞分選（FACS）的篩選分別從大腸桿菌和谷氨酸棒狀桿菌的隨機(jī)突變庫(kù)中篩選出L-色氨酸等五種氨基酸高產(chǎn)菌。
這項(xiàng)研究提供了一種通用策略，可用于琥珀終止密碼子重編碼或非重編碼宿主中蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)氨基酸高產(chǎn)菌的篩選。
