Геномный скальпель для промышленных микроводорослей превращает CO₂ в биотопливо эффективнее

Исследователи из Циндаоского института биоэнергетики и биопроцессных технологий (QIBEBT) Китайской академии наук (CAS) удалили участки генома размером в сотни килобаз у маслопродуцирующих микроводорослей, создав «геномный скальпель» для быстрого и целенаправленного сокращения геномов.

Полученная микроводоросль с «минимальным геномом» может служить как модельным организмом для изучения функций генов, так и «шасси» для синтетических биологов для настройки производства биомолекул, например, биотоплива или биопластиков.

Исследование опубликовано в The Plant Journal 14 марта 2021 года.

Создание «минимального генома», очищенного от дублированных или нефункциональных «мусорных генов», полезно для фундаментальных исследований и создания клеточных фабрик. Однако для эукариот, таких как водоросли или растения, где «мусорные» регионы могут занимать до 70% генома, это сложная задача, так как их удаление может навредить организму.

Впервые исследователи из QIBEBT создали целевые делеции размером в сотни килобаз у микроводоросли Nannochloropsis oceanica. Этот одноклеточный организм обладает большим потенциалом для устойчивого производства биотоплива и биоматериалов из CO₂, но требует масштабной генной инженерии для оптимизации.

Команда сначала идентифицировала несущественные хромосомные регионы с низкой экспрессией генов — «регионы низкой экспрессии» (LERs). С помощью техники редактирования генов CRISPR-Cas9 они вырезали два крупнейших LER размером более 200 килобаз.

«Несмотря на удаление, микроводоросли показали в целом нормальный рост, содержание липидов, уровень насыщения жирных кислот и фотосинтез, — заявил первый автор исследования Ван Циньтао. — В некоторых случаях даже наблюдалась немного более высокая скорость роста и продуктивность биомассы, чем у дикого типа».

«Мы интересно обнаружили нормальные теломеры у мутантов с делецией теломер в хромосоме 30, — отметил соответствующий автор Сюй Цзянь. — Это явление предполагает, что потеря дистальной части хромосомы может индуцировать регенерацию теломер».

Уже значительно сокращённый геном может служить приближённым к минимальному «шасси» в Nannochloropsis для дальнейшего метаболического инжиниринга.

Следующая цель исследователей — удалить другие нелетальные регионы, чтобы создать полностью минимальный геном Nannochloropsis для максимально эффективного производства биотоплива из CO₂.