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CRISPR–Cas9, CRISPRi and CRISPR-BEST-mediated genetic manip

发布日期:2024-05-28 07:49 来源:网络 作者:Yaojun Tong 浏览次数:

Abstract

Streptomycetes are prominent sources of bioactive natural products, but metabolic engineering of the natural products of these organisms is greatly hindered by relatively inefficient genetic manipulation approaches. New advances in genome editing techniques, particularly CRISPR-based tools, have revolutionized genetic manipulation of many organisms, including actinomycetes. We have developed a comprehensive CRISPR toolkit that includes several variations of ‘classic’ CRISPR–Cas9 systems, along with CRISPRi and CRISPR-base editing systems (CRISPR-BEST) for streptomycetes. Here, we provide step-by-step protocols for designing and constructing the CRISPR plasmids, transferring these plasmids to the target streptomycetes, and identifying correctly edited clones. Our CRISPR toolkit can be used to generate random-sized deletion libraries, introduce small indels, generate in-frame deletions of specific target genes, reversibly suppress gene transcription, and substitute single base pairs in streptomycete genomes. Furthermore, the toolkit includes a Csy4-based multiplexing option to introduce multiple edits in a single experiment. The toolkit can be easily extended to other actinomycetes. With our protocol, it takes <10 d to inactivate a target gene, which is much faster than alternative protocols.

这篇文章的核心内容是关于在链霉菌(Streptomyces)中应用CRISPR-Cas9、CRISPRi和CRISPR-BEST技术进行遗传操作的详细协议。链霉菌是生物活性天然产物的重要来源,但它们的代谢工程由于遗传操作方法相对低效而受到很大限制。CRISPR技术的发展为许多生物的遗传操作带来了革命性的变化,包括放线菌。
研究者们开发了一个全面的CRISPR工具包,包括几种“经典”的CRISPR-Cas9系统、CRISPRi和基于CRISPR的基础编辑系统(CRISPR-BEST),用于链霉菌。文章提供了设计和构建CRISPR质粒、将这些质粒转移到目标链霉菌以及鉴定正确编辑的克隆的逐步协议。CRISPR工具包可以用来产生随机大小的删除库、引入小的插入/缺失(indels)、生成特定目标基因的框架内删除、可逆地抑制基因转录,以及在链霉菌基因组中替换单个碱基对。此外,该工具包还包括一个基于Csy4的多重编辑选项,可以在单个实验中引入多个编辑。该工具包也可以轻松扩展到其他放线菌。
文章还讨论了与传统的诱变方法相比,CRISPR工具包在效率、简便性、速度和多功能性方面的优势,并指出了可能存在的局限性,如非目标效应和Cas9蛋白的毒性问题。研究者们还提供了一些实验设计的建议,如质粒设计、编辑模板设计、sgRNA设计等,以及如何提高实验效率的修改建议。
文章还详细描述了实验步骤,包括:
在线设计sgRNA、引物和(可选)编辑模板。
构建和验证所需的CRISPR质粒。
将正确构建的CRISPR质粒通过物种间接合转移到目标链霉菌。
验证正确编辑的靶链霉菌。
(可选)从正确编辑的链霉菌菌株中去除CRISPR质粒(称为“净化”)。
文章还提供了一些解决实验中可能出现问题的建议,以及如何通过Illumina测序对遗传编辑的突变体进行评估,CRISPR工具包在多种链霉菌和其他放线菌中的应用,并展望了其在发现新生物活性天然产物方面的潜力。

CRISPR–Cas9, CRISPRi and CRISPR-BEST-mediated genetic manipulation in streptomycetes

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