CN105671070B - 一种用于枯草芽孢杆菌基因组编辑的CRISPRCas9系统及其构建方法 - Google Patents

一种用于枯草芽孢杆菌基因组编辑的CRISPRCas9系统及其构建方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105671070B
CN105671070B CN201610122595.7A CN201610122595A CN105671070B CN 105671070 B CN105671070 B CN 105671070B CN 201610122595 A CN201610122595 A CN 201610122595A CN 105671070 B CN105671070 B CN 105671070B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gene
plasmid
cas9
bacillus subtilis
sgrna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610122595.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105671070A (zh
Inventor
吴敬
段绪果
张康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute Of Food Biotechnology Jiangnan University (rugao)
Jiangnan University
Original Assignee
Institute Of Food Biotechnology Jiangnan University (rugao)
Jiangnan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute Of Food Biotechnology Jiangnan University (rugao), Jiangnan University filed Critical Institute Of Food Biotechnology Jiangnan University (rugao)
Priority to CN201610122595.7A priority Critical patent/CN105671070B/zh
Publication of CN105671070A publication Critical patent/CN105671070A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105671070B publication Critical patent/CN105671070B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/74Vectors or expression systems specially adapted for prokaryotic hosts other than E. coli, e.g. Lactobacillus, Micromonospora
    • C12N15/75Vectors or expression systems specially adapted for prokaryotic hosts other than E. coli, e.g. Lactobacillus, Micromonospora for Bacillus
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K14/00Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • C07K14/195Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from bacteria
    • C07K14/32Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from bacteria from Bacillus (G)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2800/00Nucleic acids vectors
    • C12N2800/80Vectors containing sites for inducing double-stranded breaks, e.g. meganuclease restriction sites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2999/00Further aspects of viruses or vectors not covered by groups C12N2710/00 - C12N2796/00 or C12N2800/00
    • C12N2999/007Technological advancements, e.g. new system for producing known virus, cre-lox system for production of transgenic animals

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于枯草芽孢杆菌基因组编辑的CRISPRCas9系统及其构建方法,属于基因工程技术领域。本发明构建敲除质粒PHY300dsrf,该质粒包含特异性靶向目的基因的sgRNA、cas9基因、同源修复臂、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的复制原点及抗性筛选标记。本发明所设计的特异性靶向srfA‑C基因的sgRNA,可以指引cas9蛋白在srfA‑C基因的特异性位点切割双链,然后再同源修复臂的指导下对基因组进行精确地同源性重组,在断裂处引入XhoI酶切位点。在对srfA‑C基因敲除成功的枯草芽孢杆菌进行上罐发酵培养,泡沫显著减少,证明该CRISPR/Cas9基因编辑系统可以有效的对枯草芽孢杆菌基因组进行基因编辑。

Description

一种用于枯草芽孢杆菌基因组编辑的CRISPRCas9系统及其构 建方法
技术领域
本发明涉及一种用于枯草芽孢杆菌基因组编辑的CRISPRCas9系统及其构建方法,属于基因工程技术领域。
背景技术
枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)属于革兰氏阳性菌,因其易于分离培养,具有较清晰的遗传背景和良好的分泌性,又无致病性等特点,已成为重要的工业菌种,被越来越多的用于生产抗生素、药物蛋白和工业酶制剂等。B.subtilis 168是一种实验室模式菌株,包含有许多突变。目前被工业上使用的菌株如B.subtilisWB600和B.subtilisWB800都是来源于B.subtilis168。本实验室之前筛选到一种耐热酸性普鲁兰酶生产菌株,分类命名为芽胞杆菌(Bacillus.Sp)WSH10-03(于2013年1月11日保藏于中国典型培养物保藏中心,菌种保藏号CCTCC NO:M2013012,专利公开号CN103255079A),后来鉴定是枯草芽孢杆菌。但是B.subtilis WSH10-03在发酵过程中会产生大量的泡沫,使得发酵过程很难控制并且可能造成染菌。枯草芽孢杆菌在发酵过程中会产生表面活性素(surfactin),表面活性素是一种两性分子,它在液体表面的聚集会造成泡沫的产生。srfA-C基因控制着枯草芽孢杆菌表面活性素形成。采用基因操作技术敲除srfA-C基因来减少枯草芽孢杆菌发酵过程泡沫的产生,这无疑具有极大的工业应用前景。
细菌长期生活在充满噬菌体或者其它病毒的自然环境中,进化出了多种防御系统,CRISPR/CAS系统就是其中之一,比较常见的是Ⅱ型CRISPR-CAS获得性免疫系统(Streptococcus pyogenes和S.thermophilus),当噬菌体入侵时,其基因组上的原间隔序列(postospacer)作为新的间隔序列插入到宿主细胞CRISPR序列的起始序列之后,作为第一个间隔序列;当该噬菌体再次入侵时,细菌的CRISPR序列转录产生一条长链RNA,即crRNA前体(pre-crRNA),随后Cas蛋白复合体在tracrRNA(trans-activating crRNA)的协助下剪切产生成熟体crRNAs,最后tracrRNA-crRNA-Cas9复合体识别并剪切与crRNA互补的位点。现在通常设计1个sgRNA(small guide RNA)来代替trancrRNA-crRNA引导Cas9蛋白。
建立枯草芽孢杆菌的基因编辑系统,将有利于对基因进行敲除等改造。
发明内容
本发明的目的在于提供CRISPR/Cas9基因编辑系统在枯草芽孢杆菌中的建立和应用。利用本发明的CRISPR/Cas9基因编辑系统进行基因编辑,当把sgRNA和Cas9基因表达质粒转化枯草芽孢杆菌后,sgRNA通过靶序列与基因对应的互补序列配对,sgRNA中的其他序列则形成茎环结构,此结构能为Cas9所识别,然后在PAM(Protospacer-Adjacent Motif)序列上游2-3碱基间将靶基因的DNA双链切断。断裂的双链DNA在有同源修复模板的情况下可以通过HDR(homology-directed repair)途径进行准确的基因组重组。若断裂发生在编码区内,并且修复模板在断裂处插入几个碱基(非3的倍数),就会导致修复后的基因阅读框码组移动(frameshift),造成编码区提前出现终止密码子。
本发明的第一个目的是提供一种CRISPR/Cas9基因编辑系统,所述CRISPR/Cas9基因编辑系统建立在单个敲除质粒PHY300dsrf的基础上;PHY300dsrf包含sgRNA、cas9基因、同源修复臂、大肠杆菌复制原点p15A、温度敏感的复制原点PE194、氨苄青霉素筛选标记基因和四环素筛选标记基因。
所述PHY300dsrf是将同源修复臂连接到PHY300d上得到的;而PHY300d是由四个片段(Frag1、Frag2、Frag3和Frag4)连接而成;其中Frag1含有特异性靶向基因的sgRNA双链寡核苷酸序列和PE194温度敏感的复制原点的基因序列,Frag2包含氨苄青霉素筛选基因及大肠杆菌复制原点p15A,Frag3包含四环素筛选基因,Frag4包含cas9基因。
在本发明的一种实施方式中,四个片段按照Frag1、Frag2、Frag4、Frag3的顺序连接。
在本发明的一种实施方式中,所述sgRNA双链寡核苷酸序列的设计,根据靶序列sgRNA软件可以设计出一系列的sgRNA,选取其中一个脱靶率低的,并且在阅读框前面的作为sgRNA;sgRNA的设计原理和方法是本领域技术人员根据已有技术可以常规获知的。
在本发明的一种实施方式中,所述PE194温度敏感的复制原点的基因序列是NCBIGenBank:M17811.1。
在本发明的一种实施方式中,氨苄青霉素筛选基因及大肠杆菌复制原点p15A、四环素筛选基因都是以穿梭质粒pHYPLK-β-CGTase为模板扩增得到的。
在本发明的一种实施方式中,所述穿梭质粒pHYPLK-β-CGTase是在穿梭质粒pHY300PLK(TaKaRa Code No.3060)中的Xba I和EcoR I酶切位点处插入地衣芽孢杆菌来源的淀粉酶启动子和β-CGTase基因构建而成,是由本实验室保藏的质粒。
在本发明的一种实施方式中,所述CRISPR/Cas9基因编辑系统由三部分依次连接而成;第一部分为特异性靶向基因的sgRNA双链寡核苷酸序列,第二部分含有PE194温度敏感的复制原点的基因序列、氨苄青霉素筛选基因、大肠杆菌复制原点p15A、四环素筛选基因、cas9基因,其核苷酸序列为SEQ ID NO:1所示的序列;第三部分为待敲除基因的同源修复臂。
所述同源修复臂是根据靶序列设计的,(在cas9切割断裂处)缺失了靶基因序列中的3N个碱基(N为整数),并插入了一个酶切位点和3N±1(N为整数)碱基,造成阅读框的移码突变。
在本发明的一种实施方式中,所述敲除质粒PHY300dsrf的构建包括如下步骤:
(1)根据枯草芽孢杆菌的基因序列设计用于特异性靶向基因的sgRNA,再在靶向基因的sgRNA的基础上设计sgRNA双链寡核苷酸序列,化学合成sgRNA及PE194序列,并将这两个片段连接到一起,获得载体骨架Frag1;
(2)以穿梭质粒pHYPLK-β-CGTase为模板,获得氨苄青霉素筛选基因及大肠杆菌复制原点p15A,获得载体骨架Frag2;
(3)以穿梭质粒pHYPLK-β-CGTase为模板,获得四环素筛选基因,即得载体骨架Frag3;
(4)以质粒pwtcas9-bacterial(Addgene plasmid#44250)为模板,获得cas9基因,即获得载体骨架Frag4;
(5)按照Frag1、Frag2、Frag4、Frag3的顺序连接四个片段,得到质粒PHY300d。
(6)以枯草芽孢杆菌基因组为模板,PCR扩增得到需要敲除的基因的同源修复臂上游片段、同源修复臂下游片段,并通过重叠PCR将上游片段和下游片段连接起来,得到完整的同源修复臂;
(7)将上述含有同源修复臂片段连接到质粒PHY300d上,得到敲除质粒PHY300dsrf。
在本发明的一种实施方式中,所述编辑系统用于敲除srfA-C基因;所述步骤(1)是设计特异性靶向srfA-C基因的sgRNA,将化学合成sgRNA及PE194序列到PMD18-T载体上(sgRNA在PE194的下游),用如SEQ ID NO:5和如SEQ ID NO:6的引物进行PCR扩增,获得载体骨架Frag1。
在本发明的一种实施方式中,所述编辑系统用于敲除srfA-C基因;所述步骤(6)是用如SEQ ID NO:13和SEQ ID NO:14的引物进行PCR扩增获得同源修复臂上游片段,用如SEQID NO:15和SEQ ID NO:16的引物进行PCR扩增获得同源修复臂下游片段,然后通过重叠PCR将上游片段和下游片段连接起来,并引入XbaI酶切位点;将同源修复臂连到PMD18-T载体上。
在本发明的一种实施方式中,所述编辑系统用于敲除srfA-C基因;所述步骤(7)是将上述含有同源修复臂的PMD18-T载体质粒用XhoI酶切,得到带有酶切位点的同源修复臂片段;将质粒PHY300d用XhoI酶切,将带有酶切位点的同源修复臂片段连入相应酶切位点,得到敲除质粒PHY300dsrf。
本发明还提供所述编辑系统的应用,是用于敲除枯草芽孢杆菌的srfA-C基因;是将含有srfA-C基因的sgRNA和srfA-C基因的同源修复臂的敲除质粒PHY300dsrf转化到枯草芽孢杆菌中,通过四环素抗性筛选转化子,并验证转化子。
在本发明的一种实施方式中,所述枯草芽孢杆菌为B.subtilis 168或B.subtilisWSH10-03。
在本发明的一种实施方式中,所述验证是用如SEQ ID NO:17和SEQ ID NO:18的引物进行PCR扩增,然后PCR纯化产物进行XbaI酶切验证是否敲除成功。
在本发明的一种实施方式中,对srfA-C基因敲除成功的枯草芽孢杆菌进行发酵培养,以2‰的接种量从甘油管中吸取菌液接种于LB培养基(含20μg/ml四环素)中,37℃,200r/min,培养8-10h;以5%的接种量将种子液接入装在穿刺摇瓶的TB(甘油5g/L,蛋白胨12g/L,酵母膏24g/L,K2HPO412.54g/L,KH2PO42.31g/L)发酵液体培养基(含20μg/mL四环素)中,30℃,转速200r/min,培养48-60h。
本发明的有益效果:
成功构建了能够用于枯草芽孢杆菌基因编辑的系统,成功用于枯草芽孢杆菌的srfA-C基因的敲除,srfA-C基因的敲除菌株在发酵过程中几乎不产生泡沫,证明srfA-C基因的敲除可以有效的控制发酵过程中泡沫的产生,减少染菌的机率并且有利于发酵过程的控制。
附图说明
图1:敲除质粒PHY300dsrf质粒图谱;
图2:srfA-C基因敲除XbaI酶切验证;
图3:srfA-C基因敲除测序验证。
具体实施方式
实施例1:构建CRISPR/Cas9基因编辑系统敲除质粒PHY300dsrf
(1)根据枯草芽孢杆菌的基因序列设计用于特异性靶向srfA-C基因的sgRNA,再在srfA-C基因的sgRNA的基础上设计sgRNA双链寡核苷酸序列(如SEQ ID NO:2),从NCBI上查找PE194温度敏感的复制原点的基因序列(如SEQ ID NO:3)然后合成sgRNA及PE194序列并连接到到PMD18-T载体上,用以下引物5’-GGAACGTACAGACGCATTTTACATTTTTAGAAATGGGC-3’(如SEQ ID NO:5)和5’-CGTTTGTTGAACTACGCAGTCGGCTTAAACCAG-3’(如SEQ ID NO:6)进行PCR扩增,得到Frag1。反应体系如表1。
表1反应体系
5xPhusion HF Reaction Buffer 10uL
dNTP(10mmol/L) 4uL
模板(50pmol/L) 0.5uL
PCR引物1 0.5uL
PCR引物2 0.5uL
Primerstar DNA Ploymerase(2U/uL) 0.5uL
ddH<sub>2</sub>O 将体系补足50uL
反应程序如下:94℃预变性4min;98℃10s,55℃10s,72℃1.5min,进行30个循环;72℃延伸10min,降温至4℃。最终得到sgRNA及PE194序列单元Frag1。
(2)穿梭质粒pHYPLK-β-CGTase是本实验室保藏的质粒,它是在穿梭质粒pHY300PLK(TaKaRa Code No.3060)中插入地衣芽孢杆菌来源的淀粉酶启动子和β-CGTase基因构建而成。以穿梭质粒pHYPLK-β-CGTase为模板,获得氨苄青霉素筛选基因及大肠杆菌复制原点p15A,用以下引物5’-GGCAACCGTAAGCTTGGTAAT-3’(如SEQ ID NO:7)和5’-GCGTCTGTACGTTCCTTAAGG-3’(如SEQ ID NO:8)进行PCR扩增,获得载体骨架Frag2。
(3)以穿梭质粒pHYPLK-β-CGTase为模板,获得四环素筛选基因,用以下引物5’-TTTCTTATACAAATTATATTTTACATATCAAT-3’(如SEQ ID NO:9)和5’-GTAGTTCAACAAACGGGCC-3’(如SEQ ID NO:10)进行PCR扩增,获得载体骨架Frag3。
(4)以质粒pwtcas9-bacterial(Addgene plasmid#44250)为模板,获得cas9基因,用以下引物5’-AATTTGTATAAGAAAATGGATAAGAAATACTCAATAGGCT-3’(如SEQ ID NO:11)和5’-AAGCTTACGGTTGCCTTAGTCACCTCCTAGCTGACTC-3’(如SEQ ID NO:12)进行PCR扩增,获得载体骨架Frag4。
(5)采用In-Fusion HD Cloning Plus kits连接四个片段Frag1、Frag2、Frag3和Frag4,In-Fusion HD Cloning Plus kits连接体系如表2:
表2连接体系
线性化载体和纯化的PCR产物片段的摩尔比为1:2;用水补足10uL体系。50℃连接20min,冰浴5min,然后转化入E.coli JM109感受态细胞,涂布到LB固体培养基(含100ug/mL氨苄青霉素)上,37℃过夜培养。挑取阳性克隆,提取质粒,进行测序验证。验证正确的质粒即为PHY300d。
(6)以枯草芽孢杆菌基因组为模板,用以下引物5’-CTCTAGACTGCTCCTACAATGAGAAGGAG-3’(如SEQ ID NO:13)和5’-CTCTAGAGAGCAGCTCTTTCGGCTCATAG-3’(如SEQ ID NO:14)进行PCR扩增,获得同源修复臂上游片段,用以下引物5’-CTCGAGGCTAGGGGCAGCGAGCAAACAGC-3’(如SEQ ID NO:15)和5’-GAGCAGCTCTTTCGGCTCATAG-3’(如SEQ ID NO:16)进行PCR扩增,获得同源修复臂下游片段,然后通过重叠PCR将上游片段和下游片段连接起来,并引入XbaI酶切位点。将同源修复臂(如SEQ ID NO:4)连到PMD18-T载体上,转化入E.coli JM109感受态细胞,涂布到LB固体培养基(含100g/mL氨苄青霉素)上,37℃过夜培养。挑取阳性克隆,提取质粒,进行测序验证。
(7)将上述含有同源修复臂的PMD18-T载体质粒用XhoI酶切,得到带有酶切位点的同源修复臂片段;将质粒PHY300d用XhoI酶切,然后将带有酶切位点的同源修复臂片段连入相应酶切位点。酶切体系和连接体系如表3、表4所示。
表3 XhoI酶切体系
酶切成分 酶切用量
XhoI限制性内切酶 0.5uL
10xH Reaction Buffer 1uL
纯化的PCR产物片段 4uL
ddH<sub>2</sub>O 4.5uL
37℃酶切反应2h。
表4连接体系:
连接成分 各成分用量
T4 Ligase 1uL
10xT4 Ligase buffer 1uL
同源修复臂酶切片段 7uL
PHY300d质粒酶切片段 1uL
16℃连接过夜,连接产物转化入E.coli JM109感受态细胞,涂布到LB固体培养基(含100g/mL氨苄青霉素)上,37℃过夜培养。挑取阳性克隆,提取质粒,进行测序验证,得到敲除质粒PHY300dsrf,它包含特异性靶向目的基因的sgRNA、cas9基因、同源修复臂、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的复制原点及抗性筛选标记(图1)。
实施例2:枯草杆菌转化方法
用接种环沾取冻存的枯草芽孢杆菌,然后在LB平板上划线,37℃培养过夜活化。挑取单菌落接种于5mL LB液体培养基中,37℃培养过夜培养18h。取一定量的过夜培养物到4.5mL的GMⅠ中,使OD600值到达0.1-0.2,留下4.5mL混合菌液。37℃200rpm振荡培养,每个20min测一次OD600,当OD600到达0.4-0.6(大约需要60-90min);继续振荡培养90min,吸取0.05ml菌液至存有0.45mL预热的GMⅡ的无菌试管中;37℃振荡90min,此时培养物中有很多感受态细胞形成;加1μg的质粒(15-20uL),37℃振荡培养30min;离心去除大部分的上清液,重悬细胞,涂在含有相应抗生素的筛选平板上,37℃培养过夜。
培养基配方:
(1)10×最低盐溶液:K2HPO414g(K2HPO4·3H2O 18.34g),KH2PO46g,(NH4)2SO42g,柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)1g,MgSO4·7H2O 0.2g,在蒸馏水中依次溶解,加水至100ml。(2)L-trp溶液,2mg/mL,贮于棕色瓶内,113℃灭菌30min,用黑纸包裹。
(3)GMⅠ溶液:1×最低盐溶液95ml,50%葡萄糖1mL,5%水解酪蛋白0.4mL,10%酵母汁1mL,2mg/mL L-trp 2.5mL。
(4)GMⅡ溶液:1×最低盐溶液97.5mL,50%葡萄糖1mL,5%水解酪蛋白0.08mL,10%酵母汁0.04mL,0.5M MgCl20.5mL(2.5mM),0.1M CaCl20.5mL(0.5mM),2mg/mL L-trp0.5mL(5ug/mL)。
实施例3:用质粒PHY300dsrf敲除B.subtilis 168基因组中的srfA-C基因
采用实施例2中的方法,将敲除质粒PHY300dsrf转化到枯草芽孢杆菌感受态细胞中,涂布到LB固体培养基(含20ug/mL四环素)上,37℃过夜培养。挑取阳性克隆,提取基因组,以基因组为模板,用以下引物5’-CTCGAGGCTAGGGGCAGCGAGCAAACAGC-3’(如SEQ ID NO:17)和5’-GAGCAGCTCTTTCGGCTCATAG-3’(如SEQ ID NO:18)进行PCR扩增,然后在37℃进行XbaI酶切验证。敲除srfA-C基因的菌株进行基因组同源修复时在srfA-C基因断裂处插入了XbaI酶切位点,所以可以被XbaI内切酶切开,而野生型的则不会被切开(图2,图3)。
实施例4:用质粒PHY300dsrf敲除B.subtilis WSH10-03基因组中的srfA-C基因
采用实施例2中的方法,将敲除质粒PHY300dsrf转化到枯草芽孢杆菌感受态细胞中,涂布到LB固体培养基(含20ug/mL四环素)上,37℃过夜培养。挑取阳性克隆,提取基因组,以基因组为模板,用如SEQ ID NO:17和SEQ ID NO:18的引物进行PCR扩增,然后在37℃进行XbaI酶切验证。敲除srfA-C基因的菌株进行基因组同源修复时在srfA-C基因断裂处插入了XbaI酶切位点,所以可以被XbaI内切酶切开,而野生型的则不会被切开。
实施例5:枯草芽孢杆菌B.subtilis WSH10-03srfA-C基因敲除菌的发酵
吸取200μL的甘油管菌液接种于装有100mL种子培养基的500mL三角瓶中,30℃,200r/min培养24h,将上述培养液接入装液量为0.9L的3L发酵罐,以25%氨水控制pH 7,培养温度30℃,通过与搅拌转速偶联和调节通气量将溶氧维持在30%左右,当溶氧迅速上升,表明培养基中的葡糖糖已经耗尽,开始流加体积比为50%葡萄糖补料液,
种子培养基:蛋白胨20g/L,酵母粉10g/L,葡萄糖20g/L
发酵培养基:硫酸钙0.939g/L,硫酸镁7.27g/L,氢氧化钾4.13g/L,硫酸钾18.2g/L,玉米浆30g/L,磷酸26.7mL/L,葡萄糖5g/L,金属离子PTM溶液(g/L):CuSO4·5H2O 6,KI0.08,MnSO4·H2O,Na2MoO3·2H2O 0.2,H3BO30.02,CoCl20.5,ZnCl220,FeSO4·7H2O 65,生物素0.2,H2SO45.0。
srfA-C基因敲除的B.subtilis WSH10-03在上罐发酵过程中泡沫明显减少了,在生长对数期泡沫产生较多,但是可以通过滴加少量消泡剂控制泡沫的产生;B.subtilisWSH10-03原始菌在上罐发酵过程中泡沫大量产生,通过滴加消泡剂控制不住,可能造成培养基从通气管中喷出和染菌等。

Claims (8)

1.一种用于枯草芽孢杆菌基因组编辑的CRISPR/Cas9系统,其特征在于,所述CRISPR/Cas9基因编辑系统建立在单个敲除质粒PHY300dsrf的基础上;所述PHY300dsrf是将同源修复臂连接到PHY300d上得到的;而PHY300d是由Frag1、Frag2、Frag3和Frag4这四个片段连接而成;其中Frag1含有特异性靶向基因的sgRNA双链寡核苷酸序列和PE194温度敏感的复制原点的基因序列,Frag2包含氨苄青霉素筛选基因及大肠杆菌复制原点p15A,Frag3包含四环素筛选基因,Frag4包含cas9基因;所述sgRNA的核苷酸序列如SEQ ID NO:2所示。
2.根据权利要求1所述的CRISPR/Cas9系统,其特征在于,所述CRISPR/Cas9基因编辑系统由三部分依次连接而成;第一部分为特异性靶向基因的sgRNA双链寡核苷酸序列,第二部分含有PE194温度敏感的复制原点的基因序列、氨苄青霉素筛选基因、大肠杆菌复制原点p15A、四环素筛选基因、cas9基因,其核苷酸序列为SEQ ID NO:1所示的序列;第三部分为待敲除基因的同源修复臂。
3.根据权利要求1所述的CRISPR/Cas9系统,其特征在于,四个片段按照Frag1、Frag2、Frag4、Frag3的顺序连接。
4.根据权利要求1所述的CRISPR/Cas9系统,其特征在于,所述PE194温度敏感的复制原点的基因序列是NCBI GenBank:M17811.1。
5.根据权利要求1所述的CRISPR/Cas9系统,其特征在于,所述氨苄青霉素筛选基因及大肠杆菌复制原点p15A、四环素筛选基因都是以穿梭质粒pHYPLK-β-CGTase为模板扩增得到的。
6.根据权利要求1所述的CRISPR/Cas9系统,其特征在于,所述敲除质粒PHY300dsrf的构建方法如下:
(1)根据枯草芽孢杆菌的基因序列设计用于特异性靶向目的基因的sgRNA;再在目的基因的sgRNA的基础上设计sgRNA双链寡核苷酸序列,化学合成sgRNA及温度敏感的复制原点PE194序列;
(2)以穿梭质粒pHYPLK-β-CGTase为模板,PCR获得氨苄青霉素筛选基因及大肠杆菌复制原点p15A;
(3)以穿梭质粒pHYPLK-β-CGTase为模板,PCR获得四环素筛选基因;
(4)以质粒pwtcas9-bacterial(Addgene plasmid#44250)为模板,PCR获得cas9基因;
(5)采用In-Fusion HD Cloning Plus kits将分别含有sgRNA及温度敏感的复制原点PE194序列、氨苄青霉素筛选基因及大肠杆菌复制原点p15A、四环素筛选基因和cas9基因的四个片段连接起来,得到质粒PHY300d;
(6)以枯草芽孢杆菌基因组为模板,重叠PCR获得在断裂处插入XhoI酶切位点的同源修复臂,并连接到PMD18-T载体上;
(7)将上述含有同源修复臂的PMD18-T载体质粒用XhoI酶切,得到带有酶切位点的同源修复臂片段;将质粒PHY300d用XhoI酶切,然后将带有酶切位点的同源修复臂片段连入相应酶切位点,得到敲除质粒PHY300dsrf。
7.权利要求1所述的CRISPR/Cas9系统在编辑枯草芽孢杆菌的srfA-C基因上的应用。
8.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,所述枯草芽孢杆菌为B.subtilis 168或B.subtilis WSH10-03。
CN201610122595.7A 2016-03-03 2016-03-03 一种用于枯草芽孢杆菌基因组编辑的CRISPRCas9系统及其构建方法 Active CN105671070B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610122595.7A CN105671070B (zh) 2016-03-03 2016-03-03 一种用于枯草芽孢杆菌基因组编辑的CRISPRCas9系统及其构建方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610122595.7A CN105671070B (zh) 2016-03-03 2016-03-03 一种用于枯草芽孢杆菌基因组编辑的CRISPRCas9系统及其构建方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105671070A CN105671070A (zh) 2016-06-15
CN105671070B true CN105671070B (zh) 2019-03-19

Family

ID=56306682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610122595.7A Active CN105671070B (zh) 2016-03-03 2016-03-03 一种用于枯草芽孢杆菌基因组编辑的CRISPRCas9系统及其构建方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105671070B (zh)

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3613852A3 (en) 2011-07-22 2020-04-22 President and Fellows of Harvard College Evaluation and improvement of nuclease cleavage specificity
US20150044192A1 (en) 2013-08-09 2015-02-12 President And Fellows Of Harvard College Methods for identifying a target site of a cas9 nuclease
US9359599B2 (en) 2013-08-22 2016-06-07 President And Fellows Of Harvard College Engineered transcription activator-like effector (TALE) domains and uses thereof
US9340800B2 (en) 2013-09-06 2016-05-17 President And Fellows Of Harvard College Extended DNA-sensing GRNAS
US9526784B2 (en) 2013-09-06 2016-12-27 President And Fellows Of Harvard College Delivery system for functional nucleases
US9322037B2 (en) 2013-09-06 2016-04-26 President And Fellows Of Harvard College Cas9-FokI fusion proteins and uses thereof
US20150166985A1 (en) 2013-12-12 2015-06-18 President And Fellows Of Harvard College Methods for correcting von willebrand factor point mutations
EP4079847A1 (en) 2014-07-30 2022-10-26 President And Fellows Of Harvard College Cas9 proteins including ligand-dependent inteins
JP7067793B2 (ja) 2015-10-23 2022-05-16 プレジデント アンド フェローズ オブ ハーバード カレッジ 核酸塩基編集因子およびその使用
US20190185847A1 (en) * 2016-07-06 2019-06-20 Novozymes A/S Improving a Microorganism by CRISPR-Inhibition
CN106191043B (zh) * 2016-07-26 2019-07-02 吉林大学 一种基因片段、载体pPlasmid-Clearance及应用
KR102547316B1 (ko) 2016-08-03 2023-06-23 프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하바드 칼리지 아데노신 핵염기 편집제 및 그의 용도
US11661590B2 (en) 2016-08-09 2023-05-30 President And Fellows Of Harvard College Programmable CAS9-recombinase fusion proteins and uses thereof
US11542509B2 (en) 2016-08-24 2023-01-03 President And Fellows Of Harvard College Incorporation of unnatural amino acids into proteins using base editing
US11306324B2 (en) 2016-10-14 2022-04-19 President And Fellows Of Harvard College AAV delivery of nucleobase editors
US10745677B2 (en) 2016-12-23 2020-08-18 President And Fellows Of Harvard College Editing of CCR5 receptor gene to protect against HIV infection
WO2018165504A1 (en) 2017-03-09 2018-09-13 President And Fellows Of Harvard College Suppression of pain by gene editing
EP3592777A1 (en) 2017-03-10 2020-01-15 President and Fellows of Harvard College Cytosine to guanine base editor
IL306092A (en) 2017-03-23 2023-11-01 Harvard College Nucleic base editors that include nucleic acid programmable DNA binding proteins
WO2018209320A1 (en) 2017-05-12 2018-11-15 President And Fellows Of Harvard College Aptazyme-embedded guide rnas for use with crispr-cas9 in genome editing and transcriptional activation
CN107400677B (zh) * 2017-07-19 2020-05-22 江南大学 一种基于CRISPR-Cas9系统的地衣芽孢杆菌基因组编辑载体及其制备方法
CN111801345A (zh) 2017-07-28 2020-10-20 哈佛大学的校长及成员们 使用噬菌体辅助连续进化(pace)的进化碱基编辑器的方法和组合物
US11319532B2 (en) 2017-08-30 2022-05-03 President And Fellows Of Harvard College High efficiency base editors comprising Gam
CN107699560B (zh) * 2017-10-16 2021-08-20 青岛蔚蓝生物集团有限公司 针对淀粉酶bla的启动子文库及强启动子
JP2021500036A (ja) 2017-10-16 2021-01-07 ザ ブロード インスティテュート, インコーポレーテッドThe Broad Institute, Inc. アデノシン塩基編集因子の使用
AU2020242032A1 (en) 2019-03-19 2021-10-07 Massachusetts Institute Of Technology Methods and compositions for editing nucleotide sequences
CN110628798B (zh) * 2019-09-19 2022-09-27 天津大学 枯草芽孢杆菌CRISPR-Cas9基因组编辑系统
CN110951741B (zh) * 2019-12-27 2021-11-02 江南大学 一种基于CRISPR Cpf1的枯草芽孢杆菌多基因编辑和表达调控系统
CN111378680B (zh) * 2020-04-07 2021-12-17 陕西师范大学 适用于沙雷氏菌基因改造的CRISPR-Cas9双载体系统
CN111893139A (zh) * 2020-04-22 2020-11-06 青岛蔚蓝生物股份有限公司 一种基于CRISPR-Cas9系统进行芽孢杆菌基因组编辑的方法及其应用
BR112022022603A2 (pt) 2020-05-08 2023-01-17 Broad Inst Inc Métodos e composições para edição simultânea de ambas as fitas de sequência alvo de nucleotídeos de fita dupla
CN113801888B (zh) * 2021-09-16 2023-09-01 南京农业大学 用于提高枯草芽孢杆菌自发突变频率的质粒
CN114875056B (zh) * 2022-05-27 2023-10-10 华东理工大学 一种基于CRISPR-Cas9系统进行枯草芽孢杆菌基因组编辑的方法及其应用
CN116396915B (zh) * 2022-11-18 2023-10-31 西北农林科技大学 一株无特定抗性基因枯草芽孢杆菌及应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BRPI1102550A2 (pt) * 2011-05-10 2013-07-02 Univ Universal De Campinas Unicamp processo para produÇço de uma cepa modificada de bacillus subtilis, cepa modificada, processo para produÇço de surfactina e uso da referida cepa modificada
CN104328138A (zh) * 2014-09-30 2015-02-04 上海缔达生物科技有限公司 基因组靶标目的基因的定向敲除的方法及试剂盒
CN104404036A (zh) * 2014-11-03 2015-03-11 赛业(苏州)生物科技有限公司 基于CRISPR/Cas9技术的条件性基因敲除方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BRPI1102550A2 (pt) * 2011-05-10 2013-07-02 Univ Universal De Campinas Unicamp processo para produÇço de uma cepa modificada de bacillus subtilis, cepa modificada, processo para produÇço de surfactina e uso da referida cepa modificada
CN104328138A (zh) * 2014-09-30 2015-02-04 上海缔达生物科技有限公司 基因组靶标目的基因的定向敲除的方法及试剂盒
CN104404036A (zh) * 2014-11-03 2015-03-11 赛业(苏州)生物科技有限公司 基于CRISPR/Cas9技术的条件性基因敲除方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Effect of pps disruption and constitutive expression of srfA on surfactin productivity, spreading and antagonistic properties of Bacillus subtilis 168 derivatives;F. Coutte等;《Applied Microbiology》;20100122;第109卷(第2期);第480-491页
Surfactin 发酵生产及应用研究进展;罗星荣等;《发 酵 科 技 通 讯》;20141031;第43卷(第4期);第14-18页

Also Published As

Publication number Publication date
CN105671070A (zh) 2016-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105671070B (zh) 一种用于枯草芽孢杆菌基因组编辑的CRISPRCas9系统及其构建方法
Liu et al. Development of a genome-editing CRISPR/Cas9 system in thermophilic fungal Myceliophthora species and its application to hyper-cellulase production strain engineering
CN107446924A (zh) 一种基于CRISPR‑Cas9的猕猴桃基因AcPDS编辑载体及其构建方法和应用
CN106754466A (zh) 一种用于高效外源蛋白表达和高密度培养的枯草芽孢杆菌
CN108753669B (zh) 一种腺嘌呤生产菌株及其构建方法和应用
CN105420154A (zh) 双基因敲除重组红球菌、构建方法及其应用
CN110257420A (zh) 基于CasRx的植物基因沉默载体及其构建方法和应用
CN107603980A (zh) 一种基于PTG‑Cas9的猕猴桃基因AcPDS编辑载体及其构建方法和应用
Chen et al. Characterization of two polyketide synthases involved in sorbicillinoid biosynthesis by Acremonium chrysogenum using the CRISPR/Cas9 system
CN113604472B (zh) 一种应用于里氏木霉的CRISPR/Cas基因编辑系统
CN107881140A (zh) 一株高产甘露醇的肠膜明串珠菌突变菌株及其应用方法
CN114107146B (zh) 一种无抗性标记营养缺陷型枯草芽孢杆菌的构建方法与应用
CN106554926A (zh) 制备重组l-谷氨酸生产菌株的方法、由该方法制备的菌株及其使用方法
CN105779489B (zh) 利用Pcry3Aa启动子构建高表达海藻糖合成酶工程菌的方法
CN109486688A (zh) 一种里氏木霉基因工程菌及其制备方法和应用
CN103966249B (zh) 一种用于构建无筛选标签蓝细菌的载体及其应用
CN109022290A (zh) 一种菰黑粉菌单倍体菌株UeMTSP及其应用
CN108841772A (zh) 一种高效表达α-淀粉酶的枯草芽孢杆菌工程菌
CN103540587A (zh) 靶向整合外源DNA序列到大鼠和小鼠Rosa26位点的方法及其应用
CN104293758B (zh) 一种珠子参β‑香树素合酶基因及其应用
CN114507684B (zh) 一种抑制地中海富盐菌中目的基因表达的方法
CN105177049B (zh) 一种改造枯草芽孢杆菌菌株的方法
CN112553090A (zh) 一株高产sorbicillinoids的里氏木霉工程菌及其构建方法与应用
CN106754605B (zh) 一种提高枯草芽孢杆菌发酵液中α‑淀粉酶活的方法
CN111334523A (zh) 一种大尺度dna的体内多轮迭代组装方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant