后基因组时代基因组重排在微生物菌种选育中的应用及展望

基因组重排作为一种实用高效的育种技术,在缺乏遗传背景认知和可操作遗传体系等条件下,可以突破微生物种属间的限制,经过多轮递推的原生质体融合来加速其人工定向进化,在微生物菌种改良及代谢产物开发和产业化等研究领域得到了广泛应用。步入后基因组时代,快速发展的组学和生物信息学使基因组重排成为连接各种微生物育种方法的重要纽带,为我们深入探索微生物复杂的代谢网络和全局调控机制,更为精准地实施对微生物的人工调控和定向进化提供了契机。本文系统性地回顾了近年来基因组重排在微生物菌种选育中的应用研究,尤其针对围绕其开展的组学研究进行了详细阐述,并对基因组重排与组学、生物信息学和合成生物学等新兴技术的联合应用进行了展望。     

基因组重排技术应用及进展

基因组重排技术结合了传统诱变技术和细胞融合技术,是一项对整个微生物基因组重排的新型育种技术。基因组重排技术通过多亲本原生质体递归融合,可以使工程菌快速获得多样复杂优良表型,并且无须了解其基因组学、代谢组学等具体背景。介绍了基因组重排技术的过程及应用,展现了基因组重排技术的优点,并给出了基因组重排技术的发展在未来的应用情景。     

用基因组重排技术选育赖氨酸高产菌株

摘要：【目的】以北京棒杆菌（Corynebacterium pekinense）1为研究对象,选育赖氨酸高产菌株,并探索赖氨酸产生菌基因组重排育种的基本规律。【方法】利用基因组重排技术选育赖氨酸高产菌株。【结果】通过四轮基因组重排成功选育出了5株遗传稳定的高产赖氨酸菌株,其中1株重排菌株赖氨酸产量达到16.95 g/dL,比原始菌株Corynebacterium pekinense 1赖氨酸产量提高了37.14%,比亲本菌株赖氨酸产量提高了17.46％~31.19%。【结论】首次采用基因组重排技术改良赖氨酸产生菌,成功选育出了5株产量较稳定的高产赖氨酸菌株,具有潜在的应用价值。     

基因组重排选育胸苷磷酸化酶高产菌株

以短乳杆菌为研究对象,通过基因组重排技术选育胸苷磷酸化酶高产菌株。首先采用紫外复合诱变筛选出EA42、EB27作为基因组重排育种的亲本并制备成原生质体,分别采用紫外照射50min和60℃水浴加热60min双亲灭活原生质体,然后用质量分数40％PEG6000,30℃恒温诱导融合10min进行基因组重排。经过3轮基因组重排育种,成功选育出3株胸苷磷酸化酶高产菌株,其中菌株F3-36在菌体发酵量提高的前提下,进行5次传代测试其胸苷磷酸化酶活均在2．500U／mg湿菌体,比原始菌株酶活提高了260％。     

基因组重排技术在开发新代谢产物中的应用

基因组重排是一种基于原生质体融合,并对原生质进行递推式融合的新型技术。随着基因组重排技术的不断发展和成熟,通过基因组重排获得新代谢产物的例子不断出现,表明该项技术作为新代谢产物开发的途径具有一定的应用前景。在此列举了基因组重排在开发新代谢产物方面的成果,包括基因组重排激活沉默基因产生新代谢产物;基因组重排引入单酶基因产生新抗生素;基因组重排互换基因模块产生杂合抗生素和基因组重排替换前体基因产生新抗生素的例子,并展望了其发展的趋势。     

基因组重排与传统育种相结合选育大观霉素高产菌株

以壮观链霉菌(Streptomyces spectabilis)为研究对象,采用基因组重排技术与传统诱变育种相结合的方法选育大观霉素的高产菌株.通过原生质体紫外诱变获得壮观链霉菌突变体群体,高产突变菌株间进行两轮的基因组重排,筛选的高产菌株用NTG诱变得新霉素和链霉素的抗性突变菌株,抗性突变菌株间进行两轮基因组重排,从...     

用Genome shuffling技术选育紫杉醇高产菌株

以树状多节孢（Nodulisporium sylviforme）紫杉醇产生菌为研究对象,探索了紫杉醇产生菌的基因组重排育种的基本规律,重点研究了紫杉醇产生菌的原生质体融合和基因组重排育种的方法．采用薄层层析（TLC）、高效液相色谱（HPLC）和质谱（MS）分析筛选重组子,通过四轮基因组重排成功选育出了3株遗传稳定的高产紫杉醇菌株,其中一株重排菌株F4-26的发酵液中紫杉醇含量达到516-37μg几,比原始出发菌株NCEU-1紫杉醇产量提高了64．41％,比亲本菌株紫杉醇产量提高了31．52％-44．72％．     

合成型酵母基因组重排技术

基因组的结构变异是生物体表型进化的重要驱动力之一。设计与合成酵母基因组为人工基因组结构变异提供了新途径。人工合成酿酒酵母基因组(Sc2.0)通过系统性地引入重排元件,赋予了基因组柔性可变的功能,可诱导产生 DNA 片段的删除、反转、复制、移位等基因组结构变异。合成型酵母基因组重排技术可实现菌株性状的快速进化,并且为研究基因组结构变异与表型变化间的关系提供了一种快速、全新的方法。综述了合成型酵母基因组重排技术的研究热点和技术进展,并展示了其在创新菌种中的应用价值。     

基因组改组技术及其在微生物育种中的应用研究进展

Genome shuffling(基因组改组)技术是借助递归式原生质体融合策略对微生物基因组进行遗传改良的一种新兴微生物育种方法。自2002年首次被用来培育tylosin高产菌株以来,目前已为育种工作者广泛采用。对Genome shuffling技术的原理及最近的应用研究进展进行了综述,探讨了其局限性,并展望了其发展的趋势。     

1,3-丙二醇产生茵基因组重排育种

[目的]本文以肺炎克雷伯氏杆菌为研究对象,利用基因组重排技术,提高其对发酵体系中主要产物的耐受性,获得1,3-丙二醇高产菌.[方法]以含预处理后的出发菌株的补料发酵终点液的96孔板为筛选方法,利用基因组重排技术育种.[结果]筛选到的5株高产菌株(LSG1,LSG2,LSG4,LSG5,LSG6),在3升罐批次发酵中的1...     

家鸡全基因组测序研究进展

鸡具有独特的生物学特性。全基因组测序是即对一种生物的基因组中的全部基因进行测序,主要包括de novo测序和全基因组重测序。近年来,由于测序技术的飞速发展,鸡全基因组研究取得了很多重要的进展,为解释鸡的生物学特性和缩短分子育种周期发挥了重要作用。重点阐述了不同品种鸡全基因组de novo测序的完成、全基因组重测序技术在解析品种遗传多样性、揭示进化机制、质量性状遗传机制广泛应用,讨论了鸡全基因组测序工作存在的问题及其展望,旨在为家鸡种质资源的改良和分子育种提供重要的参考资料。     

基因组选择技术在农业动物育种中的应用

基因组选择(genomic selection, GS)是畜禽经济性状遗传改良的重要方法。随着高密度SNP芯片和二代测序价格的下降,GS技术越来越多被应用于奶牛、猪、鸡等农业动物育种中。然而,降低全基因组SNP分型成本、提高基因组育种值(genomic estimated breeding value,GEBV)估计准确性仍然是GS研究的主要难题。本文从全基因组SNP分型策略和GEBV估计模型两个方面进行了综述,并对目前GS技术在主要畜禽品种中的应用现状进行了介绍,以期为GS在农业动物育种中的深入开展提供借鉴和参考。     

2017基因组编辑专刊序言

基因组编辑技术,作为一项生物医学领域的革新技术,已经在动物、植物和微生物基因组改造中得到了广泛的应用。以CRISPR/Cas9为主导的基因组编辑技术掀起了基因组编辑的浪潮,在功能基因组学、遗传改良育种、遗传病治疗等研究中展示出其极大的价值与潜力。本专刊报道了基因组编辑技术的总体状况、在相关领域的基础与应用研究、该技术当前存在的优缺点以及未来展望等。     

ε-聚赖氨酸高产菌选育与发酵性能评价

【目的】选育ε-聚赖氨酸(ε-PL)高产菌,并探究不同碳源对其发酵性能的影响。【方法】借助基因组重排和核糖体工程两种育种手段强化ε-PL产生菌的合成能力,并利用p H冲击工艺评价不同碳源对ε-PL发酵的影响。【结果】经过4轮基因组重排和4轮核糖体工程连续选育,获得1株高产突变株Streptomyces albulus GS114,其摇瓶ε-PL产量达到3.0 g/L,较出发菌提高了1.7倍。该改造菌株在5 L发酵罐中分别以葡萄糖和甘油为碳源进行192 h的补料-分批发酵时,ε-PL发酵产量分别达到了43.4 g/L和45.7 g/L,较出发菌提高了11.0%和14.9%,而菌体量分别减少了24.0%和33.2%,ε-PL得率提高了34.2%和30.7%。【结论】基因组重排结合核糖体工程育种是一种有效的ε-PL高产菌选育手段,研究结果将为ε-PL高产菌改造和工业生产碳源选择提供直接指导。     

ISAAA信息

植物育种专家利用全基因组选择方法改良作物品种在美国康乃尔大学植物育种与遗传学系,美国农业部农业研究局研究人员Mark Sorrells和Jean-Luc Jannink开     

头颈部放疗患者口腔假丝酵母菌感染的快速检测

目的通过对传统培养法和PCR法在假丝酵母菌感染检出率的比较,拟探索一种能够早期、快速、高效检测头颈部放疗患者假丝酵母菌感染的方法。方法收集120名头颈部放疗患者唾液,分别应用假丝酵母菌显色培养基（CHROMagar）进行分离、培养和鉴定;同时提取基因组DNA,通过假丝酵母菌通用引物、特异性引物、改良引物进行PCR扩增,结果与假丝酵母菌表型进行对比。结果与传统培养法相比,PCR法检出率更高（χ2=47.672,P=0.000）;改良特异性引物D扩增的检出率为77%,高于通用引物B（χ2=7.702,P=0.006）和特异性引物C（χ2=12.522,P=0.001）。结论本研究证实PCR技术耗时短,阳性检出率高,可用于头颈部肿瘤放疗患者假丝酵母菌感染的快速检测。     

昆虫线粒体基因组重排的研究进展

动物线粒体基因组通常组成稳定,基因排列也相对保守,极少发生重组。但是昆虫的线粒体基因组具有重排的可能性,而且这些重排事件可能为系统发育研究提供重要的信息。因此,深入研究昆虫线粒体基因组的重排可能有助于解决具有争议的系统发生关系。本文对昆虫线粒体基因组的重排类型、重排机理和重排在昆虫系统发育分析中的应用等方面的研究进展进行了介绍。     

基因组编辑育种技术及国内外发展态势分析

正基因组编辑技术自诞生以来,以其精确性和高效性迅速在作物和畜禽育种领域得到开发与应用,并展现出广阔的应用前景。随着技术壁垒降低,基因组编辑育种产业发展潜力初显,并已经开始进入基因组编辑育种时代。但是,在基因组编辑技术掀起动植物育种革命的同时,其安全隐患也成为公众关注的焦点,文章简析了基因组编辑育种技术的发展现状以及国内外发展态势,并对我国基因编辑育种技术的发展提出了一系列建议。     

Genome shuffling在酿酒酵母菌种选育中的应用

Genome shuffling(基因组改组)作为一种新型的菌种选育方法,与常见的育种方法相比,具有快速有效、简单易行和实用性强等特点,近年来不断应用于各种工业微生物菌种的改良研究中。论述了Genome shuf-fling的产生与原理、技术过程及其在酿酒酵母中的应用和发展前景。     

动物基因组选配方法与应用

基因组选择(genomic selection, GS)是利用覆盖基因组的分子标记预测动物个体的估计育种值,可以提高选择的准确度和选择强度,缩短世代间隔,做到早选、准选,使动物育种发生了巨大变革。过去的10多年间,基因组选择技术应用于奶牛等动物的育种中,使种用动物的选择更为准确,遗传进展得到大幅提高。但基因组选择通常重视目标性状的遗传进展,而忽略了配种亲本个体间的遗传关系,因此也没有考虑到后代群体中近交程度的增加、遗传多样性的降低以及有害基因的纯合等问题,因此难以维持长期的遗传进展。2016年,一种具有可持续性的遗传选择方法被正式提出,称为基因组选配(genomicmating,GM)。该方法利用待选种用个体的基因组信息实施优化的选种和选配,可以控制群体近交的增长速率,实现长期且可持续的遗传进展。因此基因组选配方法比基因组选择的方法更适合于现代动物育种,尤其适用于地方品种的保护和遗传改良。本文综述了基因组选配的基本概念、方法和应用,并通过模拟的方法比较了6种选配方案的选择效果,旨在为动物育种方法的应用提供参考。