淺談高效率突變方法ARTP

一、育種領(lǐng)域有哪些？

細(xì)菌、酵母、藻類、真菌、作物、魚類...


二、育種目標(biāo)：

• 希望提高有用成分的產(chǎn)出效率
• 希望提高菌株的繁殖能力
• 希望加快生長速度
• 希望增加耐受性希望提高產(chǎn)量
• 希望調(diào)整獲取時間... ...

三、針對育種目標(biāo)，您可能會遇到以下情況：

• 得不到想要的變異株
• 使用的方法受到限制
• 不愿使用危險品

四、生物產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)問題和解決途徑：
 
五、細(xì)胞工廠構(gòu)建，可以利用ARTP
原理：ARTP（Atmospheric Room Temperature Plasma）是一種全新的射頻放電技術(shù)，該技術(shù)使用惰性氣體放電，能夠在常壓室溫條件下產(chǎn)生大量高能量的活性粒子；研究表明，活性粒子可以有效的用于細(xì)胞的遺傳物質(zhì)并導(dǎo)致DNA結(jié)構(gòu)損傷，進(jìn)而利用細(xì)胞自身高容錯率的修復(fù)機(jī)制，產(chǎn)生大量的突變位點，最終獲得大容量的基因突變庫。

六、ARTP具有以下特點：

• 突變性能更強(qiáng)、突變位點更豐富
• 放電條件溫和，活性粒子豐富，使用方便安全
• 應(yīng)用范圍廣泛，包括植物界、真菌界、動物界、藻類、原生動物、細(xì)菌等
• 截止到2022年09月27日，使用ARTP發(fā)表的中文文獻(xiàn)407篇，英文文獻(xiàn)168篇，專利250篇，學(xué)位論文174篇，共計999篇

與UV相比可以得到多樣的變異體，設(shè)備具有易操作，機(jī)器故障率低，實驗等待時間短，安全等特點

七、ARTP誘變原理：

• 高純氦氣激發(fā)的等離子體富含各種高能量的活性粒子。
• 活性粒子可以透過細(xì)胞壁、細(xì)胞膜并有效地作用于蛋白質(zhì)、DNA等。
• 活性粒子對DNA物質(zhì)產(chǎn)生作用，引起DNA結(jié)構(gòu)的多樣性損傷。
• 細(xì)胞啟動SOS修復(fù)機(jī)制，形成大量突變位點。
• 誘變后菌株/植株經(jīng)過篩選獲得性狀優(yōu)良的細(xì)胞，最終大大地提高生產(chǎn)效率。

八、ARTP安全高效：
常壓室溫等離子體ARTP獲得歐盟認(rèn)證及美國UL認(rèn)證。由于可以在常壓室溫下進(jìn)行處理，照射的等離子體溫度較低，被證實適用于各種物種。


九、ARTP應(yīng)用案例：
Case1：細(xì)菌領(lǐng)域成果多、效果顯著
篩選到高產(chǎn)L-亮氨酸的突變株，產(chǎn)量達(dá)到18.55 mg/g，比出發(fā)菌株提高2.91倍。（Nature Communications，9（2018））
 
Case2：霉菌產(chǎn)色素能力大幅度提升
突變菌株產(chǎn)橙、黃色素能力比出發(fā)菌株分別提高136%、43%。（核農(nóng)學(xué)報，2016,30（4）：654-661）

Case3：應(yīng)用ARTP茂源鏈輪絲菌，提高所產(chǎn)谷氨酰胺酶的酶活
采用ARTP技術(shù)對鏈霉菌孢子進(jìn)行誘變，突變率42.8%，正突變率20.6%，高產(chǎn)突變株G2-1酶活達(dá)到2.73U/mL，比出發(fā)菌株提高了82%。（微生物學(xué)通報，2010，37(11)：1642-1649）
Case4：優(yōu)良植物品系的選育

▲圖丨玉米矮桿突變M2代                                  玉米矮桿突變M3代
ARTP輻照玉米萌動種子，M1代中發(fā)現(xiàn)矮稈、分蘗和雄性不育的玉米突變。對M3矮稈突變株系與其親本基因組DNA重測序表明，ARTP誘導(dǎo)玉米基因組突變率為0.083%，遠(yuǎn)高于化學(xué)誘變。
Case5：ARTP誘變育種技術(shù)在水產(chǎn)育種中的應(yīng)用

ARTP處理牙鲆受精卵和精子，突變體出現(xiàn)明顯的生長性狀分離；在全基因組水平，ARTP誘導(dǎo)牙鲆的突變率高達(dá)0.064%，遠(yuǎn)高于ENU在其他魚類上所獲得的突變率。