刺糖多孢菌基因組重排育種及快速篩選模型的研究的開題報告

刺糖多孢菌基因組重排育種及快速篩選模型的研究的開題報告一、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)物的復雜性和產(chǎn)量的低下限制了其在產(chǎn)業(yè)化中的應用。一種可行的方式是利用基因組工程技術，包括基因組重排和新代謝產(chǎn)物的鑒定和產(chǎn)量的提高，來提高其天然產(chǎn)物的生產(chǎn)能力和穩(wěn)定性。近年來，基因組重組技術在微生物工程和合成生物學領域得到了廣泛應用。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較少。因此，本研究旨在開發(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)化應用進程。二、研究內容和方法本研究擬通過以下方法實現(xiàn)以上目標：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行基因組重排。2、利用CRISPR/Cas9、homologousrecombination、兩者相結合等技術實現(xiàn)基因組重排。3、對新基因組進行生物信息學分析，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化的篩選體系，用于評估重排株的生長速度、代謝產(chǎn)物多樣性和產(chǎn)量。三、研究預期結果和意義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)提供基礎技術支持。2、引入工業(yè)使用的代謝途徑對刺糖多孢菌的基因組進行重排，進而提高天然代謝產(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代謝產(chǎn)物的高效、低成本的生產(chǎn)菌株，推動其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。四、預期貢獻與創(chuàng)新點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手段。2、分析重排基因組并比較其和完整基因組的差異，對不同代謝途徑之間的相互關系和作用機制進行研究，促進了對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)化提供技術支持和保障。五、進度安排1、第一年：基因組重排技術的開發(fā)及試驗驗證，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驗證，包括菌株生長條件和產(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)化和應用，探索基因組重排在不同實驗條件下的可行性和穩(wěn)定性，評估育種效果和應用前景。六、參考文獻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