大肠杆菌必需基因的CRISPR-Cas9敲除策略及高效质粒置换方法

摘要

由于必需基因的功能必须性使其难以从基因组上被删除,而此前报道的方法存在效率低、非无痕敲除等缺点。基于此,该文建立了一种基于CRISPR/Cas9的基因组必需基因高效无痕敲除方法。以大肠杆菌metK基因(编码S-腺苷甲硫氨酸合酶)为例,首先将metK基因克隆至质粒pTarget-metK,并采用定点突变方式将metK基因进行同义突变移除对应的PAM序列,构建获得质粒pHL3。进一步构建含有与pHL3相同metK的回补质粒,pCas、pHL3及回补质粒依次转化即可完成基因组必需基因的高效无痕敲除。该方法对必需基因metK编辑时编辑效率可达100%。为了研究必需基因的酶学性质改变对宿主代谢的影响,探索了基于质粒不相容及Flp/FRT系统对回补质粒的置换效率,发现基于Flp/FRT系统可实现回补质粒高效置换。生长测试表明携带metK野生型或是PAM位点突变的metK编辑菌株与野生型菌株在LB培养基和M9培养基中生长无明显差异,而对L-甲硫氨酸亲和力下降MetK突变体则表现明显的生长延滞。