诱变育种新工具——质粒介导的大肠杆菌基因组随机高效突变技术

图1：MPs与传统随机诱变技术的比较

2015年10月7号Nautre communication文章Development of potent in vivo mutagenesis plasmids with broad mutational spectra在大肠杆菌中开发了一种基于质粒、可控的基因组随机高效诱变方法。

图2：MPS结构及不同MPs大肠杆菌碱基突变效率比较

该方法的原理是：诱变质粒（mutagenesis plasmids，MPs）通过阿拉伯糖启动子（PBAD）可诱导的表达干扰DNA复制过程的相关蛋白编码基因，这些编码产物可以干扰并降低DNA复制的保真性（replication fidelity），从而提高碱基在DNA复制过程中的突变率。这些影响DNA保真性的基因包括：1）DNA聚合酶III的较正结构域突变体dnaQ926，影响DNA复制的较正功能；2）DNA甲基化酶dam，可以损伤错配修复（mismatch repair）；嘧啶脱氨酶cda1和尿嘧啶-DNA糖基酶抑制子ugi，干扰碱基删除修复（base-excision repair）；转录抑制子emrR，干扰突变碱基的外运。MP6是同时携带这些DNA复制保真性杀手基因的诱变质粒，装载MP6后使大肠杆菌每个碱基在每一代的突变率从本底的10-9-10-10提高到6.2×10-6。

图3：MP6与传统诱变方法诱变效率的比较

作为一种新的基因组随机诱变方法，难免要与传统的随机诱变方法（化学诱变剂、紫外诱变、超级突变菌）进行比较。这里研究者选择以大肠杆菌对常用抗生素的抗性突变为指标，比较MP6与化学诱变剂甲磺酸乙酯(EMS)、甲硝基亚硝胍（MNNG）、2-氨基蝶呤（2AP），紫外线及超致变菌XL1-Blue的在诱变处理后获得抗性菌株的比例（图3）。结果，除了头孢氨噻肟（Cephotaxime）外，MP6诱变菌株中抗性菌比例是传统的化学诱变剂、紫外线和超级突变菌的1-20倍。

随后，科学家也将MP6用于噬菌体T7 RNA聚合酶随机突变，直接获得能起始T3启动子转录的突变体。

这样来看，MPs无疑是对传统诱变技术的强力改进，而作为一种质粒介导的基因组随机诱变工具，也是对现有基因组定点编辑工具（如MAGE，CRISPR-Cas）的补充。

更多生物催化内容请关注微信公众服务号：生物催化剂设计与改造服务（STS-iDeep）

（发布：）