高效無痕的基因組編輯是基礎(chǔ)生物學(xué)與生物技術(shù)研究的核心技術(shù)，在生命科學(xué)和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。目前，無痕基因組編輯技術(shù)主要為反篩系統(tǒng)介導(dǎo)的方法和利用規(guī)律成簇的間隔短回文重復(fù)序列建立的CRISPR技術(shù)。反篩方法可實(shí)現(xiàn)任意位點(diǎn)的基因組編輯，但已有的方法仍存在反篩效率低和應(yīng)用范圍有限等問題，不能廣泛應(yīng)用于不同遺傳背景的微生物。

　　限制性修飾（Restriction modification, R-M）系統(tǒng)由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferases, MTase）和限制性內(nèi)切酶（Restriction endonucleases, REase）構(gòu)成，存在于細(xì)菌與古菌中的防御系統(tǒng)。REase可特異性識別進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部的外源DNA并對其切割、降解，MTase可通過甲基化修飾細(xì)菌自身的DNA而使其與外源DNA區(qū)別開來，不被REase降解。因此，RM系統(tǒng)通過特異識別并切割DNA的方式對細(xì)胞的生長與死亡進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，在多種微生物的基因組編輯中具有應(yīng)用潛能。

　　中國科學(xué)院微生物研究所病原微生物與免疫學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室溫廷益研究組利用限制性修飾系統(tǒng)，建立了一套簡單、高效且應(yīng)用范圍廣的基因組編輯新技術(shù)（R-M system-mediated genome editing，RMGE），并經(jīng)過優(yōu)化使其適用于大腸桿菌、枯草芽胞桿菌和釀酒酵母的基因組編輯。根據(jù)目的菌株的R-M系統(tǒng)和基因組甲基化模式篩選出能夠有效地調(diào)節(jié)細(xì)胞生長與死亡的REase或MTase，并建立R-M系統(tǒng)介導(dǎo)的基因組編輯技術(shù)。利用該技術(shù)在大腸桿菌中實(shí)現(xiàn)了功能基因的缺失、替換和精確點(diǎn)突變，反篩效率為100%，明顯高于傳統(tǒng)的SacB系統(tǒng)。此外，利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了枯草芽胞桿菌和釀酒酵母染色體基因的敲除或替換，反篩效率均達(dá)到100%，實(shí)現(xiàn)了RMGE技術(shù)在細(xì)菌和酵母中的應(yīng)用。

　　RMGE技術(shù)首次利用R-M系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了大腸桿菌、枯草芽胞桿菌和釀酒酵母等多種微生物的基因組編輯，在不同種屬微生物中的適用性表明，該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于其它微生物的遺傳操作。同時(shí)，該技術(shù)具有不引入任何標(biāo)記、應(yīng)用范圍途廣、遺傳穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，可作為有效的遺傳操作工具用于系統(tǒng)生物學(xué)及合成生物學(xué)研究，為實(shí)現(xiàn)微生物在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用提供技術(shù)平臺。

　　研究成果近日在線發(fā)表在ACS Synthetic Biology上，研究工作得到國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）、國家自然科學(xué)基金、中科院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃（STS計(jì)劃）和中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目的資助。