Efficient long fragment editing technique enables large-scale and scarless bacterial genome engineering

基因组工程 代谢工程 合成生物学 异丁醇 质粒 计算生物学 基因组 细菌基因组大小 DNA 大肠杆菌 基因组编辑 蛋白质工程 生物 遗传学 基因 生物化学 乙醇
作者
Chaoyong Huang,Liwei Guo,Jingge Wang,Ning Wang,Yi‐Xin Huo
出处
期刊:Applied Microbiology and Biotechnology [Springer Science+Business Media]
卷期号:104 (18): 7943-7956 被引量:29
标识
DOI:10.1007/s00253-020-10819-1
摘要

Bacteria are versatile living systems that enhance our understanding of nature and enable biosynthesis of valuable chemicals. Long fragment editing techniques are of great importance for accelerating bacterial genome engineering to obtain desirable and genetically stable strains. However, the existing genome editing methods cannot meet the needs of engineers. We herein report an efficient long fragment editing method for large-scale and scarless genome engineering in Escherichia coli. The method enabled us to insert DNA fragments up to 12 kb into the genome and to delete DNA fragments up to 186.7 kb from the genome, with positive rates over 95%. We applied this method for E. coli genome simplification, resulting in 12 individual deletion mutants and four cumulative deletion mutants. The simplest genome lost a total of 370.6 kb of DNA sequence containing 364 open reading frames. Additionally, we applied this technique to metabolic engineering and obtained a genetically stable plasmid-independent isobutanol production strain that produced 1.3 g/L isobutanol via shake-flask fermentation. These results suggest that the method is a powerful genome engineering tool, highlighting its potential to be applied in synthetic biology and metabolic engineering. • This article reports an efficient genome engineering tool for E. coli. • The tool is advantageous for the manipulations of long DNA fragments. • The tool has been successfully applied for genome simplification. • The tool has been successfully applied for metabolic engineering.
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