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SSB | 江南大学未来食品中心康振课题组：设计人工snRNA调控枯草芽孢杆菌基因表达
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枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）是一种广泛应用于科学研究及发酵生产的革兰氏阳性微生物，snRNA（small noncoding RNA，snRNA）是其调控自身基因表达的重要方式，但相较于大肠杆菌（Escherichia coli）等其他模式微生物，B. subtilis的调控 RNA 工具仍未得到充分探索，尚未有不依赖于表达蛋白而独立行使调控功能的snRNA。开发snRNA调控元件，可以为微生物的遗传育种提供新的调控元件。
江南大学未来食品中心康振课题组提出了一种人工snRNA的从头设计方法以快速实现对目的基因表达调控，丰富了B. subtilis调控元件库并成功将适用宿主范围拓展到E. coli（跨菌种调控）。团队基于这套snRNA设计方法定制化生成人工snRNA实现了对枯草芽孢杆菌细胞形态和生物膜形成的改变，并快速调节了乙偶姻生物合成相关的代谢流向。相关研究成果以“Design of artificial small regulatory trans-RNA for gene knockdown in Bacillus subtilis”为题在Synthetic and Systems Biotechnology 期刊上发表。
PART01
snRNA是一类不编码蛋白质的反式作用（trans-acting）的RNA元件，以往研究多集中在革兰氏阴性模式微生物E. coli 中，许多E. coli 内源snRNA已经被改造成调控工具并应用于代谢调控，相比较，B. subtilis中的RNA元件开发并不多。因此，研究团队从枯草芽孢杆菌天然snRNA SR6出发改造构建人工snRNA调控元件。
基于SR6人工snRNA的构建与表征
首先，团队对天然SR6 snRNA的结构序列进行了分析优化，截短了与抑制效率影响不大的冗余序列，包括不参与配对的间隔序列及终止子茎环上的不稳定结构，最终通过更换配对区序列靶向报告基因gfp 并实现83%的抑制。而后通过对425个B. subtilis终止子茎环的结构分析，团队进一步对人工snRNA的茎环结构从头设计并验证不同变体效果，最终提出一种结构依赖的人工snRNA设计方法。
提取人工snRNA核心结构
之后，团队根据设计方法定制化构建人工snRNA实现了对细胞形态以及菌膜形成的调控，并调节了B. subtilis乙偶姻生物合成相关的代谢流向。
定制snRNA的设计流程
人工snRNA调控乙偶姻合成
基于该方法的人工snRNA设计丰富了转录后调控元件库，较现有的基因调控手段具有结构简单、构建快速和不需要额外表达蛋白的优势。同时，该方法能针对指定的靶标基因定制化生成具有标准snRNA骨架，也避免具有相同骨架序列的snRNA 之间的潜在重组，将有力地促进基因功能的快速鉴定或生物合成途径的关键调控节点的快速筛选。
该研究得到了国家自然科学基金面上项目 (31970085) 、国家重点研发计划(2021YFC2100800)和江苏省杰出青年自然科学基金资助项目(BK20200025)的资助。
PART 02
Design of artificial small regulatory trans-RNA for gene knockdown in Bacillus subtilis
Guobin Yin, Anqi Peng, Luyao Zhang, Yang Wang, Guocheng Du, Jian Chen, Zhen Kang
https://doi.org/10.1016/j.synbio.2022.11.003
2021 Impact Factor: 4.692; 5-Year Impact Factor: 5.23; JCR分区Q2
2021 CiteScore: 6.60, 位列学科Q1区
2021中科院分区2区
入选2019年中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目
https://blog.sciencenet.cn/blog-3496796-1366759.html
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