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A Single Cas9-VPR Nuclease for Simultaneous Gene Activation, Repression, and Editing in Saccharomyces cerevisiae.
ACS Synthetic Biology ( IF 3.7 ) Pub Date : 2020-08-25 , DOI: 10.1021/acssynbio.0c00218 Chang Dong 1, 2 , Lihong Jiang 1, 2 , Saijuan Xu 2 , Lei Huang 1 , Jin Cai 1 , Jiazhang Lian 1, 2 , Zhinan Xu 1
ACS Synthetic Biology ( IF 3.7 ) Pub Date : 2020-08-25 , DOI: 10.1021/acssynbio.0c00218 Chang Dong 1, 2 , Lihong Jiang 1, 2 , Saijuan Xu 2 , Lei Huang 1 , Jin Cai 1 , Jiazhang Lian 1, 2 , Zhinan Xu 1
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Combinatorial metabolic engineering has been widely established for the development of efficient microbial cell factories to produce the products of interest by precisely regulating the expression levels of multiple genes simultaneously. Here, we report a novel multifunctional CRISPR system that enables simultaneous gene activation, repression, and editing (CRISPR-ARE) with a single Cas9-VPR protein for combinatorial metabolic engineering applications in Saccharomyces cerevisiae. Via gRNA engineering, we achieved orthogonal transcriptional regulations and genome editing using the nuclease active Cas9-VPR fusion protein, individually or in a combinatorial manner. After establishing a system for stable expression of multiple gRNAs on the same plasmid, we first demonstrated CRISPR-ARE for simultaneous mCherry activation, mVenus repression, and ADE2 disruption in a fluorescence reporter strain. Subsequently, we adopted CRISPR-ARE for simple and fast combinatorial metabolic engineering, which improved the production of α-santalene for 2.66-fold in a single step. Because of its simplicity and modularity, the developed CRISPR-ARE system could be applied for facile multifunctional metabolic engineering of microbial cell factories, particularly for which only a few CRISPR proteins have been characterized.
中文翻译：
用于在酿酒酵母中同时激活、抑制和编辑基因的单一 Cas9-VPR 核酸酶。
组合代谢工程已被广泛建立，用于开发高效的微生物细胞工厂，通过同时精确调节多个基因的表达水平来生产感兴趣的产品。在这里，我们报告了一种新型多功能 CRISPR 系统，该系统能够使用单个 Cas9-VPR 蛋白同时进行基因激活、抑制和编辑 (CRISPR-ARE)，用于酿酒酵母的组合代谢工程应用。通过gRNA工程，我们使用核酸酶活性Cas9-VPR融合蛋白单独或以组合方式实现了正交转录调控和基因组编辑。在建立了在同一质粒上稳定表达多个 gRNA 的系统后，我们首先证明了 CRISPR-ARE 可在荧光报告菌株中同时激活mCherry 、抑制mVenus和破坏ADE2 。随后，我们采用CRISPR-ARE进行简单快速的组合代谢工程，一步将α-檀香烯的产量提高了2.66倍。由于其简单性和模块化，所开发的 CRISPR-ARE 系统可应用于微生物细胞工厂的简便多功能代谢工程，特别是仅对少数 CRISPR 蛋白进行表征的情况。
更新日期：2020-09-20
中文翻译：
用于在酿酒酵母中同时激活、抑制和编辑基因的单一 Cas9-VPR 核酸酶。
组合代谢工程已被广泛建立，用于开发高效的微生物细胞工厂，通过同时精确调节多个基因的表达水平来生产感兴趣的产品。在这里，我们报告了一种新型多功能 CRISPR 系统，该系统能够使用单个 Cas9-VPR 蛋白同时进行基因激活、抑制和编辑 (CRISPR-ARE)，用于酿酒酵母的组合代谢工程应用。通过gRNA工程，我们使用核酸酶活性Cas9-VPR融合蛋白单独或以组合方式实现了正交转录调控和基因组编辑。在建立了在同一质粒上稳定表达多个 gRNA 的系统后，我们首先证明了 CRISPR-ARE 可在荧光报告菌株中同时激活mCherry 、抑制mVenus和破坏ADE2 。随后，我们采用CRISPR-ARE进行简单快速的组合代谢工程，一步将α-檀香烯的产量提高了2.66倍。由于其简单性和模块化，所开发的 CRISPR-ARE 系统可应用于微生物细胞工厂的简便多功能代谢工程，特别是仅对少数 CRISPR 蛋白进行表征的情况。
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