王钦宏研究组：酵母基因组多位点编辑技术

　　

　　微生物的复杂性状往往需要不同基因的协同作用，包括多层次的转录与调控网络。其中，转录调控元件可以通过整合不同信号，调节相关基因的协同表达，形成转录组合调控，应对复杂的外界环境。因此，构建大规模、可协同、多位点的转录元件调控平台，有利于形成表型的多样性，对于实现菌种高效改造具有重要意义。近年来，以转录激活因子样效应物核酸酶（Transcription activator-like effector nucleases, TALENs）等为代表的新基因组编辑技术为实现基因组多位点同步修饰提供了高效有力的工具。

　　最近，中国科学院天津工业生物技术研究所研究员王钦宏带领的进化与代谢工程研究组在酿酒酵母中发展了TALENs介导的多位点基因组编辑技术(TALENs-assisted mutliplex editing, TAME)，该技术主要基于TALENs特异性识别修饰真核启动子区保守序列TATA框与GC框之间的关键区域，引起不同基因的差异表达，形成多性状菌体库。通过结合高效的荧光蛋白筛选策略，实现基因组有益修饰位点的不断积累，加速酵母遗传性状的进化改造。

    研究人员通过基因组重测序与表达谱分析发现有27.3%的预期位点发生特异性修饰，实现了高效的半理性多位点编辑。为进一步评价该技术在复杂性状改造中的作用，研究人员将TAME技术应用于酿酒酵母乙醇耐受性改造中，并且实现了快速多位点进化。因此，TAME作为通用性的平台技术为酵母基因组工程改造提供了新的策略和手段。

　　该研究得到科技部“973”计划和国家自然科学基金面上项目等项目的支持，相关研究成果发表在合成生物学期刊ACS Synthetic Biology上。天津工生所博士研究生张国强为论文的第一作者。

TALEN介导多位点编辑技术加速遗传表型多样性进化

原文摘要：

TALENs-assisted multiplex editing for accelerated genome evolution to improve yeast phenotypes

Genome editing is an important toolbox for building novel genotypes with a desired phenotype. However, the fundamental challenge is to rapidly generate desired alterations on a genome-wide scale. Here, we report TALENs (transcription activator-like effector nucleases)-assisted multiplex editing (TAME) based on the interactions of designed TALENs with the DNA sequences between critical TATA and GC box for generating multiple targeted genomic modifications. Through iterative cycles of TAME to induce abundant semi-rational indels coupled with efficient screening using a reporter, the targeted fluorescent trait can be continuously and rapidly improved by accumulating multiplex beneficial genetic modifications in the evolving yeast genome. To further evaluate its efficiency, we also demonstrate the application of TAME for improving ethanol tolerance of yeast significantly in short time. Therefore, TAME is a broadly generalizable platform for accelerated genome evolution to rapidly improve yeast phenotypes.