The CRISPR/Cas9 systems have been developed as tools for genetic engineering and metabolic engineering in various organisms. In this review, various aspects of CRISPR/Cas9 in Saccharomyces cerevisiae, from basic principles to practical applications, have been summarized. First, a comprehensive review has been conducted on the history of CRISPR/Cas9, successful cases of gene disruptions, and efficiencies of multiple DNA fragment insertions. Such advanced systems have accelerated the development of microbial engineering by reducing time and labor, and have enhanced the understanding of molecular genetics. Furthermore, the research progress of the CRISPR/Cas9-based systems in the production of high-value-added chemicals and the improvement of stress tolerance in S. cerevisiae have been summarized, which should have an important reference value for genetic and synthetic biology studies based on S. cerevisiae.
为探究毛木耳(Auricularia cornea)代料栽培子实体不同生育阶段菌棒内细菌和真菌群落,基于Illumi-na Miseq测序平台,对毛木耳 4 个出耳期(ful、pri、ope 和 mat)菌棒的微生物群落进行分析.获得细菌16S rRNA有效序列503 724 条,真菌ITS有效序列712 728 条.细菌物种注释分属25 门54 纲85 目134 科199属;真菌物种注释隶属5 门9 纲15 目12 科19 属.菌棒中有非常丰富的细菌群落,主要分属于变形菌门(Pro-teobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes).相对丰度最高的前2 个属:ful期是Lysinibacillus(25.71%)和Acinetobacter(14.38%);pri期是Pseudomonas(35.85%)和Solibacillus(14.85%);ope 期是 Lysinibacillus(36.42%)和 Pseudomonas(21.73%);mat 期是 Acinetobacter(27.94%)和Ochrobactrum(14.92%).基于PICRUSt代谢功能预测结果,菌棒细菌群落主要富集于外源生物降解与代谢、脂质代谢和碳水化合物代谢等.各时期菌棒真菌群落以担子菌门(Basidiomycota)为主,Auricularia为绝对优势菌属(99.19%～99.94%),此外检测出了丰度极低的Simplicillium(0.25%)等.常压灭菌条件下,毛木耳菌棒细菌群落多样性丰富且与现有报道的食用菌细菌性病害病原菌有同源之处,目的菌以Auricularia为优势菌属,未检测出柱霉属(Scytalidium)、青霉属(Penicillium)、链孢霉菌属(Streptomyces)等其他常见病原菌.本研究解析了毛木耳出耳期菌棒微生物群落,为菌棒、子实体生理病害发生及预防提供参考.
石油降解菌在各种有害环境因素作用下会进入活的非可培养(viable but non-culturable,VBNC)状态,从而影响其生长及石油降解率.为了研究有害环境因素对石油降解菌生长及石油降解率的影响,采用分光光度法、荧光染色-激光共聚焦显微镜观测 H2O2 胁迫下苍白杆菌(Ochrobactrum sp.)JP1 细胞的生长及VBNC状态形成情况.结果表明,不同浓度H2O2 对其生长有一定抑制作用,当培养液中H2O2 浓度为 75.0 mmol/L时,可有效抑制苍白杆菌JP1 生长,处理12h后苍白杆菌JP1 进入VBNC状态.VBNC状态的苍白杆菌JP1 细胞缩小变成球体,周质间隙增大;在适宜条件下,VBNC状态苍白杆菌JP1 能够复苏为可培养状态,添加丙酮酸钠能够促进VBNC状态细菌细胞的复苏.复苏后的苍白杆菌RJP1 具有良好的环境适应性和石油降解能力,为石油污染生物修复的菌种筛选及应用提供了新的策略.
运用生物信息学分析软件预测结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis,Mtb)Rv0081 蛋白的生物学特征及筛选潜在的优势抗原表位.从NCBI数据库获取Mtb Rv0081 蛋白的氨基酸序列,利用生物信息学分析软件ProtParam、ProtScale及TMPRED分析Rv0081 蛋白的理化性质及亲疏水性;TMHMM、SignalP-5.0 Server预测蛋白的跨膜区及信号肽;NetNGlyc-1.0 Server、NetPhos 3.1 Server分别预测蛋白的糖基化位点及磷酸化位点;STRING预测能与Rv0081 相互作用的蛋白;分别运用SOPMA、SWISS-MODEL预测蛋白的二、三级结构;综合运用softberry、WoLF PSORT预测蛋白的亚细胞定位;运用DNAStar预测蛋白的B细胞抗原表位;综合运用SY-FPEITHI、NetCTL 1.2 Server、Net MHC pan 4.1 server预测蛋白的CTL细胞抗原表位;综合运用SYFPEITHI、Net MHCII pan 4.0 server预测蛋白的Th细胞抗原表位.结果表明,Rv0081 蛋白由114 个氨基酸组成,相对分子质量为12 356.32,亚细胞定位于细胞质中,为稳定的疏水性蛋白,无跨膜区和信号肽,含有1 个糖基化位点及 9个磷酸化位点;二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲构成,结构较松散;与hycE、hycP、Rv0088、Rv0083、hycD、hycQ、Rv0082、devR、Rv0080 及Rv0079 蛋白存在相互作用关系;综合分析各软件预测结果筛选出 6 个优势B细胞抗原表位、6 个优势CTL细胞抗原表位及7 个优势Th细胞抗原表位.Mtb Rv0081 蛋白具有较多潜在的候选B、T细胞抗原表位,可作为研发新型结核疫苗的候选抗原.
根际微生物群落是随植物长期进化及地球生境变迁而形成的动态微生物系统.随着多组学技术的不断发展,人们对根际微生物群落结构与功能的研究日益深入.根际微生物群落中的功能微生物类群,如植物促生细菌、植物促生真菌等,通过与植物建立紧密的物质、能量与信息联系,参与植物激素合成、难溶营养物解离、生物固氮、微生物拮抗、生长因子供应等系列生物学过程,从而提高植物营养物质吸收与抗逆能力,为植物的健康和高效生长提供重要保障.这些微生物中的某些成员已被开发成微生物刺激剂,广泛应用于作物增产抗逆与农田地力提升.近年来,多学科的交叉融合为根际微生物群落结构-功能-调控策略的交互式研究提供新的机遇,推动了基于合成生物学与材料科学技术的合成微生物组的发展.尤其是在核心微生物互作方面,人工蛋白创制、磁性组装、生物炭强化等策略能够增强核心微生物与目标植物之间的物理连接作用,大幅提高合成微生物组的工作效率和稳定性,从而有效驱动作物增产增收,提高污染修复效率.因此,根际微生物群落结构、功能与调控的深入研究,必将为绿色农业发展提供不竭动力.
