合成生物学应用——农业
ACS Synth Biol. 2023 Nov 21. doi: 10.1021/acssynbio.3c00414.
固氮土壤微生物合成生物学工具箱。Synthetic Biology Toolbox for Nitrogen-Fixing Soil Microbes.
Venkataraman M(1), Yñigez-Gutierrez A(1), Infante V(2), MacIntyre A(2)(3), Fernandes-Júnior PI(2)(4), Ané JM(2)(5), Pfleger B(1)(5).
Author information: (1)Department of Chemical and Biological Engineering, University of Wisconsin─Madison, Madison, Wisconsin 53706, United States. (2)Department of Bacteriology, University of Wisconsin─Madison, Madison, Wisconsin 53706, United States. (3)Valent BioSciences, Libertyville, Illinois 60048, United States. (4)Brazilian Agricultural Research Corporation (Embrapa), Tropical Semi-Arid Research Center (Embrapa Semiárido), Petrolina, Pernambuco 56302-970, Brazil. (5)Microbiology Doctoral Training Program, University of Wisconsin─Madison, Madison, Wisconsin 53706, United States.
植物根系附近的土壤环境被称为根际，是各种微生物的家园，这些微生物可以显著影响附近植物的生理。根际微生物可以提供营养，分泌信号化合物，抑制病原体。如果这些方法可以在这些非模式微生物中实施，这些过程可以通过合成生物学来操纵，以提高粮食、能源或环境修复作物的农业性能。驯化非模式生物的第一步通常是开发一套基因工程工具，称为合成生物学工具箱。工具箱包括转化操作、复制载体、基因组工程(如CRISPR/Cas9)、组成型和诱导型启动子系统以及其他基因表达控制元件。本工作验证了三种固氮土壤细菌的合成生物学工具箱: Azotobacter vinelandii, Stutzerimonas stutzeri (Pseudomonas stutzeri)，和一种新的Klebsiella variicola。这三种生物都适合转化和报告蛋白表达，每种生物都有几个功能诱导系统。stutzeri和variicola表现出更可靠的基于质粒的表达，从而成功地重组Cas9以产生无疤痕的缺失和插入。利用这些工具，我们产生了具有诱导性氮酶活性的突变体，并引入了外源基因，在根际生产了具有相关生物活性的间苯二酚产品。
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US20230295559A1 DE-REPRESSION OF NITROGEN FIXATION IN GRAM-POSITIVE MICROORGANISMS
提供了工程化的革兰氏阳性微生物，其能够固定大气氮并以靶向、有效和环境可持续的方式将其递送至植物。所教导的微生物产品的利用将使农民能够实现更多生产性和可预测的作物产量，而没有与传统合成衍生的氮肥相关的养分降解、浸出或毒性径流。
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