Development of a CRISPR/Cas9 genome editing toolbox for Corynebacterium glutamicum

清脆的 谷氨酸棒杆菌 基因组编辑 Cas9 基因组工程 反式激活crRNA 计算生物学 重组工程 生物 基因组 代谢工程 引导RNA 基因 合成生物学 转录激活物样效应核酸酶 CRISPR干扰 质粒 遗传学
作者
Jiao Liu,Yu Wang,Yujiao Lu,Ping Zheng,Jibin Sun,Yanhe Ma
出处
期刊:Microbial Cell Factories [Springer Nature]
卷期号:16 (1) 被引量:97
标识
DOI:10.1186/s12934-017-0815-5
摘要

Corynebacterium glutamicum is an important industrial workhorse and advanced genetic engineering tools are urgently demanded. Recently, the clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) and their CRISPR-associated proteins (Cas) have revolutionized the field of genome engineering. The CRISPR/Cas9 system that utilizes NGG as protospacer adjacent motif (PAM) and has good targeting specificity can be developed into a powerful tool for efficient and precise genome editing of C. glutamicum. Herein, we developed a versatile CRISPR/Cas9 genome editing toolbox for C. glutamicum. Cas9 and gRNA expression cassettes were reconstituted to combat Cas9 toxicity and facilitate effective termination of gRNA transcription. Co-transformation of Cas9 and gRNA expression plasmids was exploited to overcome high-frequency mutation of cas9, allowing not only highly efficient gene deletion and insertion with plasmid-borne editing templates (efficiencies up to 60.0 and 62.5%, respectively) but also simple and time-saving operation. Furthermore, CRISPR/Cas9-mediated ssDNA recombineering was developed to precisely introduce small modifications and single-nucleotide changes into the genome of C. glutamicum with efficiencies over 80.0%. Notably, double-locus editing was also achieved in C. glutamicum. This toolbox works well in several C. glutamicum strains including the widely-used strains ATCC 13032 and ATCC 13869. In this study, we developed a CRISPR/Cas9 toolbox that could facilitate markerless gene deletion, gene insertion, precise base editing, and double-locus editing in C. glutamicum. The CRISPR/Cas9 toolbox holds promise for accelerating the engineering of C. glutamicum and advancing its application in the production of biochemicals and biofuels.
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