构建同源重组优势型解脂耶氏酵母底盘细胞实现高效多片段基因组精准编辑

本研究针对工业酵母解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)同源重组(HR)效率低下的难题，通过系统改造重组修复机制、调控多侵入诱导重排(MIR)过程及表达特异性SSAP-SSB蛋白对，成功构建了HR效率显著提升的工程菌株。该菌株可实现58%的50bp短同源臂(HA)整合效率，并能同步编辑18.0kb和13.5kb超大DNA片段，同时保留CRISPR系统的三功能（基因编辑、转录激活和抑制）特性，为微生物合成生物学研究提供了高效底盘工具。

　　

在微生物基因编辑领域，解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)因其偏好错误倾向的非同源末端连接(NHEJ)修复机制，长期困扰着科研人员实现精准基因组编辑。这项突破性研究通过三重策略改造：系统优化重组机器、精细调控多侵入诱导重排(MIR)通路、引入噬菌体源单链DNA退火蛋白(SSAP)与单链DNA结合蛋白(SSB)组合，将这种工业酵母成功转化为同源重组(HR)优势型底盘细胞。

改造后的工程菌株展现出惊人的编辑能力：多片段多位点整合效率较NHEJ缺陷株提升38.9倍，仅需50碱基对(bp)的同源臂(HA)即可保持58%的高效重组，甚至能同步整合18.0kb和13.5kb的巨型DNA片段。更令人振奋的是，该底盘细胞完美兼容CRISPR系统的三合一功能——在实现基因编辑的同时，可进行转录激活(CRISPRa)和抑制(CRISPRi)操作，且细胞抗逆性(耐热性、抗氧化、渗透压耐受等)显著优于传统NHEJ缺陷株。

这项研究不仅为解脂耶氏酵母的基础研究提供了"基因手术刀"级编辑工具，其创新策略更可推广至其他NHEJ优势型生物，在构建基因敲除文库、快速部署细胞工厂等合成生物学应用中展现出广阔前景。特别值得注意的是，通过调控MIR通路这一关键发现，解决了多片段单一位点整合的技术瓶颈，而噬菌体重组蛋白的引入则开创了多位点同步编辑的新范式。