對復雜的細胞代謝進行重編程需要對多個基因同時進行表達調(diào)控。目前常用的基因表達調(diào)控方法是在離位（ex-situ）構(gòu)建啟動子或核糖體結(jié)合位點（RBS）的質(zhì)粒文庫，轉(zhuǎn)化進入細胞進行篩選，然而該方法受限于克隆效率和轉(zhuǎn)化效率，難以實現(xiàn)多基因同時的表達調(diào)控。MAGE技術(shù)可在染色體原位（in-situ）產(chǎn)生遺傳多樣性，從而同時調(diào)節(jié)多個基因的表達。但是，該技術(shù)仍依賴于單鏈DNA文庫的高效轉(zhuǎn)化和與染色體的高效重組，可應用的宿主較為有限。

中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員王猛帶領的高通量編輯與篩選平臺實驗室，與研究員鄭平帶領的系統(tǒng)與合成生物技術(shù)研究團隊合作，利用CRISPR引導的堿基編輯技術(shù)開發(fā)出不需要外源DNA模板、不依賴重組即可在染色體原位產(chǎn)生遺傳多樣性的多基因表達調(diào)控技術(shù)，并命名為BETTER（Base Editor-Targeted and Template-free Expression Regulation）。BETTER的工作原理是在需要調(diào)控的目的基因前插入特定的啟動子、RBS、5’UTR等表達調(diào)控元件，然后使用CRISPR引導的堿基編輯器對表達調(diào)控元件進行編輯，產(chǎn)生遺傳多樣性，原位構(gòu)建表達調(diào)控元件文庫，從而調(diào)節(jié)目的基因的表達水平。該過程不需要合成和轉(zhuǎn)化DNA文庫，不依賴于外源DNA與染色體的同源重組，且不產(chǎn)生雙鏈DNA斷裂，因此具有高效、簡便、宿主普適性強等優(yōu)點。該技術(shù)在重要的工業(yè)與模式菌株谷氨酸棒桿菌和枯草芽孢桿菌中均已應用，最多實現(xiàn)了十個基因的同時表達調(diào)控，并篩選獲得高效利用木糖、甘油和高效合成番茄紅素的菌株。BETTER技術(shù)為復雜代謝途徑中多基因的表達調(diào)控提供了新思路。堿基編輯技術(shù)在PAM識別、底物譜、產(chǎn)物譜、編輯窗口等性能的不斷優(yōu)化，以及在越來越多宿主中的應用，為BETTER技術(shù)的優(yōu)化升級和推廣應用奠定了基礎。

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、天津市合成生物技術(shù)創(chuàng)新能力提升行動、天津市“項目+團隊”重點培養(yǎng)專項等的支持。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature Communications上。天津工生所副研究員王鈺、助理研究員程海嬌和劉揚為論文共同第一作者，王鈺、鄭平和王猛為論文共同通訊作者。

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BETTER技術(shù)示意圖

來源：中科院