维吉尼亚链霉菌IBL14中的CRISPr-Cas系统及其基因编辑方法

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在细菌以及古细菌中广泛存在规律成簇间隔短回文重复序列(CRISPR,clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)系统,是细菌在长期进化过程中形成的由RNA介导降解入侵菌体的噬菌体等外源核酸的适应性免疫系统。近年来研究表明,CRISPR系统可以很好地被改造成基因编辑工具。通过设计引导RNA招募Cas蛋白对靶位点进行识别切割,激活菌体内部的同源重组(Homologous recombination,HR)修复机制,与设计好的编辑模板进行交换以实现基因编辑。  维吉尼亚链霉菌IBL14(Streptomyces virginiae IBL14)是本实验室从制药厂附近的活性泥污中分离得到的一株能降解多种甾体化合物的放线菌。本研究通过对IBL14的全基因组序列进行比对,发现在IBL14中也存在CRISPR系统。其中存在18个CRISPR位点,其中3个是确定的位点,其他都是有疑问的位点。  通过蛋白比对发现在SV01和SV02两个CRISPR位点之间存在着一个由7个Cas蛋白基因组成的蛋白群分别是cas6,DevR(cas7),cas5,cas3,cas4,cas1,cas2。  根据对cas1的比对以及Cas蛋白的排列,确定了中的CRISPR系统属于I-B型并将其命名为CRISPR I-SV14B系统。  本研究以IBL14中svu016基因为靶基因,根据I-B型CRISPR-Cas系统特点,选取TAC碱基序列作为打靶序列PAM位点。选取设计一段引导DNA以及同源臂整合到质粒pKC1139上,通过原生质体转化的方法将其转化到IBL14中进行打靶,实验结果表明svu016基因成功地被敲除掉。同时另一方面利用传统的敲除方式对svu016基因进行敲除,设计带有氯霉素抗性基因的同源臂整合到质粒pKC1139上转化到IBL14中,经过大量筛选结果仅获得一个敲除菌株。实验结果表明,利用CRISPR-Cas系统进行基因编辑的效率在70%以上,而传统方法编辑的效率仅为3%左右。同时说明I-B型CRISPR-Cas系统可以被用来完成基因编辑,有被改造为基因编辑工具的潜能,同时编辑的效率以及准确性都比传统方法的要高。
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