自然界的一些真核微藻能夠通過(guò)光合作用固定二氧化碳，并將其轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)為油脂。因此，作為一種潛在可規(guī)模化的清潔能源生產(chǎn)和固碳減排方案，微藻能源近年來(lái)受到了廣泛關(guān)注。然而，高效遺傳工具的匱乏，極大限制了工業(yè)產(chǎn)油微藻的機(jī)制研究和分子育種。近日，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所單細(xì)胞研究中心以微擬球藻為模式，率先建立了基于Cas9/gRNA的工業(yè)產(chǎn)油微藻基因組編輯技術(shù)，打開(kāi)了其反向遺傳工程的大門(mén)。這一成果于8月19日在線發(fā)表于《植物學(xué)雜志》（The Plant Journal）。
微擬球藻是一種可在室外大規(guī)模海水培養(yǎng)的工業(yè)產(chǎn)油微藻，具有生長(zhǎng)速度快、大量積累油脂和EPA、二氧化碳耐受能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此已經(jīng)成為能源微藻研究領(lǐng)域的主要模式藻株之一，也在國(guó)內(nèi)外諸多微藻固碳產(chǎn)油示范工程中得到了廣泛應(yīng)用。然而反向遺傳工程技術(shù)的匱乏從根本上阻礙了針對(duì)二氧化碳固定能力和產(chǎn)油效率等諸多關(guān)鍵性狀的系統(tǒng)改造。
青島能源所單細(xì)胞中心博士研究生王勤濤和博士路延篤等在海洋微擬球藻（Nannochloropsis oceanica）中，通過(guò)特定外源Cas9蛋白和指引RNA分子（guide RNA）的設(shè)計(jì)和共同表達(dá)，結(jié)合基于二代測(cè)序的高通量轉(zhuǎn)化株鑒定方法，實(shí)現(xiàn)了位于硝酸還原酶基因編碼序列的目標(biāo)位點(diǎn)上五個(gè)堿基的精確刪除（見(jiàn)下圖），并篩選分離出與預(yù)測(cè)的表型與基因型均完全契合的基因組編輯突變?cè)逯?，從而在工業(yè)產(chǎn)油微藻中示范了基因組的精準(zhǔn)編輯。
這一基因組編輯技術(shù)的建立，使得微擬球藻基因組上每個(gè)編碼或非編碼位點(diǎn)的功能鑒定成為可能。與單細(xì)胞中心發(fā)展的一系列單細(xì)胞拉曼成像、拉曼分選和測(cè)序技術(shù)相結(jié)合，該基因組定點(diǎn)編輯技術(shù)能夠以出色的精度、廣度和通量來(lái)建立微藻基因型和表型之間的關(guān)聯(lián)，并進(jìn)而通過(guò)基因組精準(zhǔn)手術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)與塑造理想的微藻性狀。這一嶄新技術(shù)平臺(tái)的建立與完善對(duì)于能源微藻的分子育種將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
上述工作由單細(xì)胞中心研究員徐健主持完成，獲得了科技部、基金委和中科院含碳?xì)怏w利用等項(xiàng)目的前期支持。
青島能源所建立工業(yè)產(chǎn)油微藻基因組編輯技術(shù)—-中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所
附錄：
Qintao Wang, Yandu Lu, Yi Xin, Li Wei, Shi Huang and Jian Xu, Genome editing of model oleaginous microalgae Nannochloropsis spp. by CRISPR/Cas9, DOI: 10.1111/tpj.13307; http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.13307/full
