適応進化によって生成された熱耐性シネコシスティスSP PCC6803株のスクリーニングと遺伝的特性評価

背景：温度耐性は、微細藻類とシアノバクテリアの商業規模の屋外栽培の重要な側面です。一方、さまざまな遺伝子は、Synechocystis spに関連していることが知られています。PCC6803の熱ショック反応、長期の熱耐性に関与する特定の遺伝子に関する公開データは非常に限られています。以前は、ランダム変異誘発と適応進化を使用して、Synechocystis sp。の株の混合物を生成しました。熱耐性が大幅に増加したPCC6803。新しく生成された株の表現型につながる遺伝的修飾は、この研究の焦点です。 結果：スクリーニングと選択のために液体ハンドリングロボットに統合された家に設計された栽培チャンバーでの96-Deepwellマイクロプレート培養に基づいたカスタムスクリーニングプラットフォームを使用しました。さらに、より従来のシステムも使用しました。孤立したモノクローナル株の熱耐性の増加は、より大きなバイオリアクターで検証され、そのゲノム全体が配列決定されました。配列情報の親の野生型との比較により、表現型の強化に関与するさまざまな変異が特定されました。特定された影響を受ける遺伝子には、CLPC、PNP、PYK2、SIGF、NLPD、PYR、PILJ、CYA1があります。 結論：適用された方法（ランダム変異誘発、in vivo選択、スクリーニング、検証、全ゲノムシーケンス）を正常に適用して、さまざまな変異を特定しました。特定された変異のいくつかは、さまざまな株で見られ、（その分布のため）独立して発生した可能性があります。これは、影響を受ける遺伝子の比較的少ない数と相まって、これらの特定の突然変異の重要性を強調して、シネコシスティスの熱耐性を伝えます。

BACKGROUND: Temperature tolerance is an important aspect for commercial scale outdoor cultivation of microalgae and cyanobacteria. While various genes are known to be related to Synechocystis sp. PCC6803's heat shock response, there is very limited published data concerning the specific genes involved in long term thermal tolerance. We have previously used random mutagenesis and adaptive evolution to generate a mixture of strains of Synechocystis sp. PCC6803 with significantly increased thermal tolerance. The genetic modifications leading to the phenotypes of the newly generated strains are the focus of this work. RESULTS: We used a custom screening platform, based on 96-deepwell microplate culturing in an in house designed cultivation chamber integrated in a liquid handling robot for screening and selection; in addition we also used a more conventional system. The increased thermal tolerances of the isolated monoclonal strains were validated in larger bioreactors and their whole genomes sequenced. Comparison of the sequence information to the parental wild type identified various mutations responsible for the enhanced phenotypes. Among the affected genes identified are clpC, pnp, pyk2, sigF, nlpD, pyrR, pilJ and cya1. CONCLUSIONS: The applied methods (random mutagenesis, in vivo selection, screening, validation, whole genome sequencing) were successfully applied to identify various mutations, some of which are very unlikely to have been identified by other approaches. Several of the identified mutations are found in various strains and (due to their distribution) are likely to have occurred independently. This, coupled with the relatively low number of affected genes underscores the significance of these specific mutations to convey thermal tolerance in Synechocystis.