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Cell：Cas9脱靶效应结构机理 | 基因编辑

Metabolic Engineering：构建以廉价甘油为碳源的染料木苷生物合成细胞工厂 | 合成生物

Metabolic Engineering：植物源杀菌剂大黄素甲醚微生物合成新技术 | 合成生物

Scientific Reports:紫外到红光转换薄膜加速植物生长 | 光调控

科｜技｜突｜破

Cell：Cas9脱靶效应结构机理 | 基因编辑

化脓链球菌Cas9 (SpCas9) 是目前为止基因编辑中应用最广泛的CRISPR Cas核酸酶，它和其他Cas9酶的脱靶活性以及其在临床应用中可能会引发的安全性问题。瑞士苏黎世大学课题组报道了Cas9结合到真正脱靶底物的晶体结构，揭示了脱靶结合是由指导脱靶的异源双链中的一系列非经典碱基配对相互作用实现的。包含相对于向导RNA的单核苷酸缺失的脱靶位点是由碱基跳变或多个非经典碱基对而不是RNA隆起形成的。此外，PAM -远端不匹配会导致双向解配对，并诱导Cas9 REC叶中的构象变化，干扰其构象激活。总之，这些研究为Cas9的脱靶活性提供了一个结构基础，并有助于改进向导RNA的理性设计和脱靶预测算法。本研究通过解析一系列真实的脱靶结合复合物的晶体结构，阐明了Cas9的错配容忍机制。这些结构揭示了非经典碱基对的形成和异质双链形状的保持是Cas9脱靶耐受的基础。

染料木苷及其肠道代谢产物染料木素是大豆异黄酮中最为知名的单体，其在植物中含量低，原料种植严重依赖耕地，且易受气候病虫害等不稳定因素影响，提取过程成本高、易造成环境污染。江苏省农业科学院加工所团队首次实现以廉价甘油为碳源的大豆异黄酮-染料木苷的生物合成。该团队通过在大肠杆菌底盘细胞中整合来自酵母等微生物和植物来源的17个酶，并通过代谢途径模块划分和代谢调控对染料木苷合成途径进行优化，构建以廉价甘油为碳源的染料木苷生物合成细胞工厂。通过补料分批发酵实现了202.7 mg/L的染料木苷产量，是豆科植物染料木苷产量的273-1140倍，并达到了迄今为止最高的微生物法大豆异黄酮生产水平。

Metabolic Engineering：植物源杀菌剂大黄素甲醚微生物合成新技术 | 合成生物

大黄素甲醚是一种已经上市的植物源生物农药，需要从中药大黄中提取，存在植物生长条件苛刻且缓慢、化合物丰度低分离难等诸多弊端。基于此，青岛能源所微生物制造工程中心开发了一种全新的大黄素甲醚微生物发酵生产工艺。团队首先利用过表达转录调控因子GedR成功实现地曲霉素生物合成基因簇的激活，产生一系列大黄素及其下游代谢衍生物；进而通过关键O-甲基转移酶基因gedA的敲除，实现前体化合物大黄素的高效积累。多种策略并举挖掘大黄素-3-羟基-O-甲基转移酶，并通过体外酶活实验进行验证，最终获得六个潜在的酶学元件；进一步通过代谢工程改造将候选酶基因导入高产大黄素的土曲霉底盘中，最终构建了大黄素甲醚高产的土曲霉细胞工厂，并进行了百升级发酵放大，产量达到6.3g/L。该项技术首次实现了植物源杀菌剂大黄素甲醚的微生物高效合成。

Scientific Reports:紫外到红光转换薄膜加速植物生长 | 光调控

植物接触紫外线可能会促进其味道和香味，但总体上紫外线对植物的生长不是必要的，过度照射实际上会伤害植物。日本北海道大学研究团队开发了一种可以加速植物生长的铕基薄膜涂层，这项技术可以提高植物生产速度，帮助气候较冷的农民更快地种植农作物,解决全球粮食供应问题。植物通过光合作用将可见光转化为能量。除了可见光之外，太阳光还包含紫外线 (UV)。研究人员开发了一种基于铕络合物的波长转换材料（WCM），可以将紫外光转换为红光，制造的薄膜涂层可以应用于市售的塑料片材上。研究人员表示该技术有可能帮助解决寒冷气候下的粮食安全问题，因为它不需要任何电力来运行，这为下一代农林工程的未来发展开辟了一条广阔的道路。