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淺談高效率突變方法ARTP

閱讀:1238      發(fā)布時(shí)間:2022-11-2
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一、育種領(lǐng)域有哪些?

細(xì)菌、酵母、藻類、真菌、作物、魚類...





二、育種目標(biāo):

  • 希望提高有用成分的產(chǎn)出效率

  • 希望提高菌株的繁殖能力

  • 希望加快生長速度

  • 希望增加耐受性希望提高產(chǎn)量

  • 希望調(diào)整獲取時(shí)間... ...


三、針對(duì)育種目標(biāo),您可能會(huì)遇到以下情況:

  • 得不到想要的變異株

  • 使用的方法受到限制

  • 不愿使用危險(xiǎn)品


四、生物產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)問題和解決途徑:


▲圖丨:摘自陳堅(jiān)院士報(bào)告


五、細(xì)胞工廠構(gòu)建,可以利用ARTP
原理:ARTP(Atmospheric Room Temperature Plasma)是一種全新的射頻放電技術(shù),該技術(shù)使用惰性氣體放電,能夠在常壓室溫條件下產(chǎn)生大量高能量的活性粒子;研究表明,活性粒子可以有效的用于細(xì)胞的遺傳物質(zhì)并導(dǎo)致DNA結(jié)構(gòu)損傷,進(jìn)而利用細(xì)胞自身高容錯(cuò)率的修復(fù)機(jī)制,產(chǎn)生大量的突變位點(diǎn),最終獲得大容量的基因突變庫。

六、ARTP具有以下特點(diǎn):

  • 突變性能更強(qiáng)、突變位點(diǎn)更豐富

  • 放電條件溫和,活性粒子豐富,使用方便安全

  • 應(yīng)用范圍廣泛,包括植物界、真菌界、動(dòng)物界、藻類、原生動(dòng)物、細(xì)菌等

截止到2022年10月21日,中文文獻(xiàn)411篇,英文文獻(xiàn)169篇,patents269篇,學(xué)位論文176篇,共計(jì)1025篇。

                                                             與UV相比可以得到多樣的變異體,設(shè)備具有易操作,機(jī)器故障率低,實(shí)驗(yàn)等待時(shí)間短,安全等特點(diǎn)
七、ARTP誘變?cè)恚?/strong>

  • 高純氦氣激發(fā)的等離子體富含各種高能量的活性粒子。

  • 活性粒子可以透過細(xì)胞壁、細(xì)胞膜并有效地作用于蛋白質(zhì)、DNA等。

  • 活性粒子對(duì)DNA物質(zhì)產(chǎn)生作用,引起DNA結(jié)構(gòu)的多樣性損傷。

  • 細(xì)胞啟動(dòng)SOS修復(fù)機(jī)制,形成大量突變位點(diǎn)。

  • 誘變后菌株/植株經(jīng)過篩選獲得性狀優(yōu)良的細(xì)胞,最終大大地提高生產(chǎn)效率。



八、ARTP安全高效:
常壓室溫等離子體ARTP獲得歐盟認(rèn)證美國UL認(rèn)證。由于可以在常壓室溫下進(jìn)行處理,照射的等離子體溫度較低,被證實(shí)適用于各種物種。.




九、ARTP應(yīng)用案例:
Case1:細(xì)菌領(lǐng)域成果多、效果較好
篩選到高產(chǎn)L-亮氨酸的突變株,產(chǎn)量達(dá)到18.55 mg/g,比出發(fā)菌株提高2.91倍。(Nature Communications,9(2018))



Case2:霉菌產(chǎn)色素能力大幅度提升
突變菌株產(chǎn)橙、黃色素能力比出發(fā)菌株分別提高136%、43%。(核農(nóng)學(xué)報(bào),2016,30(4):654-661)



Case3:應(yīng)用ARTP茂源鏈輪絲菌,提高所產(chǎn)谷氨酰胺酶的酶活


▲圖丨:ARTP誘變后的典型菌落特征(G1-G14為形態(tài)與出發(fā)菌株不同的典型菌落代表;G15為與出發(fā)菌株形態(tài)相同)

采用ARTP技術(shù)對(duì)鏈霉菌孢子進(jìn)行誘變,突變率42.8%,正突變率20.6%,高產(chǎn)突變株G2-1酶活達(dá)到2.73U/mL,比出發(fā)菌株提高了82%。(微生物學(xué)通報(bào),2010,37(11):1642-1649)


Case4:優(yōu)良植物品系的選育


▲圖丨玉米矮桿突變M2代                                  玉米矮桿突變M3代
ARTP輻照玉米萌動(dòng)種子,M1代中發(fā)現(xiàn)矮稈、分蘗和雄性不育的玉米突變。對(duì)M3矮稈突變株系與其親本基因組DNA重測序表明,ARTP誘導(dǎo)玉米基因組突變率為0.083%,遠(yuǎn)高于化學(xué)誘變。


Case5:ARTP誘變育種技術(shù)在水產(chǎn)育種中的應(yīng)用



ARTP處理牙鲆受精卵和精子,突變體出現(xiàn)明顯的生長性狀分離;在全基因組水平,ARTP誘導(dǎo)牙鲆的突變率高達(dá)0.064%,遠(yuǎn)高于ENU在其他魚類上所獲得的突變率。

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▲圖丨常壓室溫等離子體誘變育種儀ARTP(來源:天木生物)





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