Random Base Editing for Genome Evolution in Saccharomyces cerevisiae

生物 酿酒酵母 DNA复制 基因组 基因组编辑 遗传学 DNA 基因组工程 计算生物学 基因 酵母
作者
Yingjia Pan,Siyang Xia,Chang Dong,Haojie Pan,Jin Cai,Lei Huang,Zhinan Xu,Jiazhang Lian
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:10 (10): 2440-2446 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acssynbio.1c00217
摘要

Because of the limited understanding of cellular metabolism and regulatory networks, the rational engineering of complex industrial traits remains a grand challenge for the construction of microbial cell factories. Thus the development of simple, efficient, and programmable genome evolution techniques is still in high demanded for industrial biotechnology. In the present study, we established a random base editing (rBE) system for genome evolution in Saccharomyces cerevisiae. By fusing an unspecific single-stranded DNA (ssDNA)-binding protein to a cytidine deaminase, rBE introduced C to T mutations in a genome-wide manner. Specifically, we chose DNA-replication-related proteins, including replication factor A (RFA1, RFA2, and RFA3), DNA primase (PRI1), DNA helicase A (HCS1), and topoisomerase I (TOP1), to mediate the deamination of genomic ssDNA. As a proof of concept, we roughly estimated the rBE-mediated yeast genome mutation rate using the CAN1 mutation/canavanine resistance reporter system. We then evaluated the performance of these rBEs in improving the resistance against isobutanol and acetate and increasing the production of β-carotene. Finally, we employed the optimal rBE for the continuous genome evolution of a yeast cell factory resistant to 9% isobutanol. Owing to the conservation of DNA replication mechanisms, rBE is generally applicable and theoretically can be adopted for the continuous genome evolution of all organisms.
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