科学家创造基因“手术刀” 让微藻高效地将二氧化碳转化为生物燃料

据外媒报道，单细胞藻类经过基因组“手术”，去除非必要的部分。这可以形成一个最高效的细胞工厂，利用阳光和二氧化碳生产可持续的生物燃料。中国科学院青岛生物能源与过程研究所（QIBEBT）的研究人员从一种产油微藻中剥离出了大量的基因组，敲除了它发挥作用所必需的基因。通过这种方式，他们创造出了一把 “基因组手术刀”，可以快速、创造性地修剪微藻基因组。

生产出的 “最小基因组 ”微藻有可能成为进一步研究每一个基因的分子和生物功能的模型生物，或者作为合成生物学家的“底盘”菌株，用于增强生物燃料或生物塑料等生物大分子的定制生产。

该研究于3月14日发表在《植物杂志》上。

创建一个“最小基因组”--去掉所有重复或明显无功能的“垃圾基因”的基因组--对于研究有关遗传功能的基本问题和设计生产有价值化合物的细胞工厂非常有用。

这种最小的基因组已经为简单的生物体创造了，但很少为真核生物体，包括藻类或植物创造。在高等真核生物中，“垃圾”区域可以占到基因组的70%。删除看似只是 “垃圾基因”的东西，实际上会对生物体产生有害影响，甚至导致生物体死亡。

来自QIBEBT的研究人员首次为一种名为 "Nannochloropsis oceanica "的藻类制作了带有定向删除的基因组。

N. oceanica是一种微藻（单细胞藻类），在减少温室气体排放的同时，以可再生和可持续的方式生产生物燃料、生物材料和其他平台化学品，具有巨大的潜力。然而，要实现这些微藻的潜力，需要对生物体进行广泛的基因工程，以最大限度地提高产量并降低生产成本。

QIBEBT团队首先确定了非必要的染色体区域--那些基因很少被表达或激活的区域。他们确定了10个这样的“低表达区”，或称LERs。然后，他们使用CRISPR-Cas9基因编辑技术剪掉了其中两个最大的LER--大小超过200千碱基。

"尽管全部剪掉了，但微藻仍然表现出基本正常的生长、脂质含量、脂肪酸饱和度和光合作用，"研究第一作者、QIBEBT生物技术研究所单细胞中心（SCC）的王钦涛说。"在某些情况下，甚至比野生的生物体有略高的生长速度和生物量生产力。"

"我们有趣地发现，在30号染色体的端粒删除突变体中，端粒是正常的，"QIBEBT的SCC的研究作者徐健说。"这一现象意味着染色体远端部分的丢失可能会诱导端粒再生。"

已经，被大幅剪裁的基因组应该可以作为Nannochloropsis中一个更接近最小的基因组，它可以作为在这个“底盘”上使用进一步的代谢工程定制生产生物分子的“底盘”菌株。

现在，他们已经证明了他们可以将如此复杂的真核生物的基因组剥离出来，研究人员现在想看看他们是否可以进一步剪掉LER和其他非致命区域，以打造一个完全最小化的Nannochloropsis，以最高的效率从二氧化碳中制造生物燃料。