刺糖多孢菌基因組重排育種及快速篩選模型的研究的開(kāi)題報(bào)告

刺糖多孢菌基因組重排育種及快速篩選模型的研究的開(kāi)題報(bào)告一、選題背景和意義刺糖多孢菌(Glarealozoyensis)是一種有潛力用于制造許多生物活性天然產(chǎn)物的放線菌。在過(guò)去的幾十年中，從刺糖多孢菌中分離并鑒定出了多種生物活性化合物，如莫西菌素(Mozamycin)、蛋白酪氨酸磷酸酶抑制劑(Tyrosinephosphataseinhibitors)等。因此，刺糖多孢菌的轉(zhuǎn)化利用有著廣泛的前景。然而，刺糖多孢菌的代謝產(chǎn)物的復(fù)雜性和產(chǎn)量的低下限制了其在產(chǎn)業(yè)化中的應(yīng)用。一種可行的方式是利用基因組工程技術(shù)，包括基因組重排和新代謝產(chǎn)物的鑒定和產(chǎn)量的提高，來(lái)提高其天然產(chǎn)物的生產(chǎn)能力和穩(wěn)定性。近年來(lái)，基因組重組技術(shù)在微生物工程和合成生物學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，刺糖多孢菌基因組重排育種和快速篩選模型的研究還是相對(duì)較少。因此，本研究旨在開(kāi)發(fā)一種有效的基因組重排育種和快速篩選模型，以提高刺糖多孢菌的生產(chǎn)能力和加快其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。二、研究?jī)?nèi)容和方法本研究擬通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)：1、利用代表性的刺糖多孢菌菌株的完整基因組序列作為模板進(jìn)行基因組重排。2、利用CRISPR/Cas9、homologousrecombination、兩者相結(jié)合等技術(shù)實(shí)現(xiàn)基因組重排。3、對(duì)新基因組進(jìn)行生物信息學(xué)分析，比較重排前后的基因組大小、重排效率、基因副本數(shù)變化、功能基因分布等。4、建立一種高通量和高度自動(dòng)化的篩選體系，用于評(píng)估重排株的生長(zhǎng)速度、代謝產(chǎn)物多樣性和產(chǎn)量。三、研究預(yù)期結(jié)果和意義1、完整的刺糖多孢菌基因組序列以及基因組重排育種方法將為后續(xù)刺糖多孢菌的快速育種和工業(yè)化生產(chǎn)提供基礎(chǔ)技術(shù)支持。2、引入工業(yè)使用的代謝途徑對(duì)刺糖多孢菌的基因組進(jìn)行重排，進(jìn)而提高天然代謝產(chǎn)物的合成能力和穩(wěn)定性。3、基于高通量篩選體系的快速篩選方法將有助于尋找目標(biāo)代謝產(chǎn)物的高效、低成本的生產(chǎn)菌株，推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。四、預(yù)期貢獻(xiàn)與創(chuàng)新點(diǎn)1、提出一種刺糖多孢菌基因組重排育種方法和高通量篩選體系，為刺糖多孢菌生物工程的快速育種提供了新的思路和技術(shù)手段。2、分析重排基因組并比較其和完整基因組的差異，對(duì)不同代謝途徑之間的相互關(guān)系和作用機(jī)制進(jìn)行研究，促進(jìn)了對(duì)刺糖多孢菌代謝途徑和功能基因的深入理解。3、建立了一種高通量篩選體系，可以快速、高效地篩選出具有較高產(chǎn)量和較高生長(zhǎng)速度的優(yōu)良育種菌株，為刺糖多孢菌快速產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)支持和保障。五、進(jìn)度安排1、第一年：基因組重排技術(shù)的開(kāi)發(fā)及試驗(yàn)驗(yàn)證，包括基因組序列的獲取、重排、鑒定、篩選等。2、第二年：篩選體系的建立及試驗(yàn)驗(yàn)證，包括菌株生長(zhǎng)條件和產(chǎn)物產(chǎn)量的優(yōu)化，高通量篩選體系的建立等。3、第三年：篩選體系的優(yōu)化和應(yīng)用，探索基因組重排在不同實(shí)驗(yàn)條件下的可行性和穩(wěn)定性，評(píng)估育種效果和應(yīng)用前景。六、參考文獻(xiàn)1.Liu,X.,Li,S.,Chen,X.,Jiang,D.,andLiu,M.(2019).GenomeengineeringofStreptomycescollinusforenhancedproductionofnystatin.Metab.Eng.54,204–214.2.Zhang,D.,Zhang,X.,Wu,Y.,Dong,X.,andWang,X.(2017).Recentadvancesinsyntheticbiologyforengineeringbiology.Front.Microbiol.8,1015.3.Moody,M.J.,Gluck-Thaler,E.,Singh,R.,andBibb,M.(2018).AdvancinggenomemininginStreptomyces:annotatedcompletegenomesequencesoffourstrainsjustifyare-evaluationoftheirclassification.F1000Research7,136.4.Chen,J.,Wang,L.,Lu,M.,andYao,L.(2017).Genomeengineerin