kaiyun,清华化工系生物育种技术与装备团队在《自然·通讯》发表文章

原题目：清华化工系生物育种手艺与设备团队在《天然·通信》颁发文章

清华旧事网6月27日电 6月26日，清华年夜学化工系生物育种手艺与设备团队在《天然·通信》（Nature Communications）颁发文章，报导了一种基在CRISPR/dCas9敲低手艺(CRISPRi)的新型细菌功能基因组学方式，能够一次性研究细菌中数千个基因和特定表型的关系。

颠末项目化革新的细菌免疫CRISPR系统（Clustered regularly interspaced short palindromic repeats）已成长成为具有普遍利用的基因组编纂东西。最近几年来，科学家逐步展现了其在高通量基因功能挑选方面的利用潜力：起首看待筛编码基因进行敲除或敲低，并以细胞发展或特定标识表记标帜作为一个表型目标，将靶定待研究表型相干基因的单导向RNA(sgRNA)文库富集出来，并操纵高通量测序手艺定量每一个基因的功能。今朝这一策略首要被用来进行高档真核生物的高通量功能基因组学研究。因为细菌和高档真核生物基因组的系统性布局差别，在细菌中利用这类方式的高通量功能挑选还没有见报导。在这项最新研究工作中，清华年夜学研究团队建立了年夜肠杆菌全基因组规模的sgRNA文库，连系CRISPRi基因敲低手艺，对这一模式微生物的一系列主要基因组学问题展开了年夜范围研究。

操纵合成sgRNA文库和CRISPRi基因敲低手艺进行高通量细菌功能基因组学研究

研究团队起首证实了这一方式kaiyunAPP能够有用地判定出年夜肠杆菌的已知必须基因，同时也对必须基因挑选成果中和已知数据库不吻合的部门基因进行了进一步尝试验证，更新了对该模式微生物必须基因的熟悉。另外，他们还发觉该方式能够有用地研究细菌中RNA编码基因的功能。虽然这类基因最近几年来被发觉普遍的介入细菌的主要生物学进程，可是因为保守细菌高通量遗传阐发方式自己的局限，这类基因遭到了遍及的轻忽。风趣的是，操纵该方式绘制的转运RNA（tRNA）必须性图谱，研究团队发觉了年夜肠杆菌中有六个非必须的tRNA编码基因，且分歧在tRNA遍及的多拷贝特征，这六个tRNA编码基因都以单拷贝情势具有在年夜肠杆菌基因组中。

操纵随机转座子插入文库的夹杂筛查（Tn-seq）是今朝利用最为普遍的高通量细菌系统遗传阐发手段。研究团队以已知必须基由于尺度，系统阐发了新成立的CRISPRi敲低挑选方式比拟在转座子测序的机能好坏。成果注解，在近似文库范围前提下，CRISPRi敲低挑选方式比拟在随机转座子插入文库的夹杂筛查方式，可以或许以更低的假阳性率捕捉更多的已知必须基因，且编码区域长度越短这一劣势越为较着。

研究团队还以氨基酸代谢为例，经由过程同工酶功能、色氨酸路子情况响应等案例展现了本研究成立的CRISPRi方式定量解析微生物代谢收集布局的能力。同时，经由过程对年夜肠杆菌全基因组规模内对糠醛和异丁醇耐受性图谱的定量阐发，发觉了诸多已知和未知的耐受性基因位点，为菌株的项目化革新供给了根本。

该工作第一次报导了操纵CRISPRi方式连系高通量夹杂挑选和测序对细菌的功能基因组学进行研究，并经由过程对成果的系统阐发提出了合用在细菌基因组布局的sgRNA文库设想准绳。值得一提的是，为了便利泛博研究者利用这一方式，研究团队还开辟了软件东西，能够一站式的进行sgRNA文库的设想和挑选后的测序数据阐发。

化工系张翀副传授为本文通信作者，生物育种手艺与设备团队首席邢新会传授，消息国度研究中间、主动化系谢震研究员为本文配合作者，他们同时为清华年夜学合成与系统生物学研究中间焦点成员。清华年夜学化工系博士生王天平易近、关长阁为本文的配合第一作者。北京合生基因科技无限公司刘兵亦对此文赐与了必然的帮忙。该功效获得了国度天然科学基金委重点仪器研发项目、面上项目，国度重点研发打算和清华年夜学自立科研打算的帮助。