淺談高效率突變方法ARTP

一、育種領域有哪些？

細菌、酵母、藻類、真菌、作物、魚類...


二、育種目標：

• 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
• 希望調整獲取時間... ...

三、針對育種目標，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)的關鍵技術問題和解決途徑：
 
五、細胞工廠構建，可以利用ARTP
原理：ARTP（Atmospheric Room Temperature Plasma）是一種全新的射頻放電技術，該技術使用惰性氣體放電，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胞的遺傳物質并導致DNA結構損傷，進而利用細胞自身高容錯率的修復機制，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、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
• 應用范圍廣泛，包括植物界、真菌界、動物界、藻類、原生動物、細菌等
• 截止到2022年09月27日，使用ARTP發(fā)表的中文文獻407篇，英文文獻168篇，專利250篇，學位論文174篇，共計999篇

與UV相比可以得到多樣的變異體，設備具有易操作，機器故障率低，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胞壁、細胞膜并有效地作用于蛋白質、DNA等。
• 活性粒子對DNA物質產(chǎn)生作用，引起DNA結構的多樣性損傷。
• 細胞啟動SOS修復機制，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獲得歐盟認證及美國UL認證。由于可以在常壓室溫下進行處理，照射的等離子體溫度較低，被證實適用于各種物種。


九、ARTP應用案例：
Case1：細菌領域成果多、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)學報，2016,30（4）：654-661）

Case3：應用ARTP茂源鏈輪絲菌，提高所產(chǎn)谷氨酰胺酶的酶活
采用ARTP技術對鏈霉菌孢子進行誘變，突變率42.8%，正突變率20.6%，高產(chǎn)突變株G2-1酶活達到2.73U/mL，比出發(fā)菌株提高了82%。（微生物學通報，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誘導玉米基因組突變率為0.083%，遠高于化學誘變。
Case5：ARTP誘變育種技術在水產(chǎn)育種中的應用

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誘導牙鲆的突變率高達0.064%，遠高于ENU在其他魚類上所獲得的突變率。