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第541次 SKLBE学术论坛

作者: 发布时间:2021-07-16 08:07:00

题目:CRISPR的拉马克进化和小RNA守卫

报告人:中国科学院微生物研究所李明研究员

时间:2021-7-16 (周五) 10:00-11:30

主持人:张立新教授

地点:商学院205会议室

 

【摘要】

微生物CRISPR-Cas适应性免疫系统的发现不仅催生了以CRISPR-Cas9为代表的新一代基因编辑技术,而且刷新甚至颠覆了人们对微生物乃至生命进化的认知,因此CRISPR biology的研究具有重要的理论和应用意义,是微生物领域近十年的研究热点之一。CRISPR通过获取外源病毒的DNA片段作为新的spacer单元记忆其序列特征(该过程称为适应),然后通过产生crRNA指导Cas蛋白切割再次入侵的病毒DNA,从而实现记忆性免疫。然而,看似完美的CRISPR免疫机器却存在一个阿喀琉斯之踵——CRISPR在适应过程中如何严谨的区分自身和病毒的DNA,这决定了CRISPR能否高效适应并免疫外源病毒的同时,有效避免对自身DNA的适应和破坏。我们近年来的研究表明,高效的CRISPR适应过程严格需要引发,即需要一个已有spacer与病毒DNA之间的不完全匹配,指引适应机器从该DNA分子上高效地、特异地获取新spacer (Nucleic Acids Res, 2014a; 2014b; 2016; 2017; 2019)。这一机制使CRISPR能够发生定向的遗传改变,具有鲜明的拉马克进化特征。除了自免疫风险,CRISPR可能妨碍宿主细胞吸收有益外源DNA,因此难免产生适应度代价。我们最近发现了偶联并守卫CRISPR-Cas的一类双RNA型毒素-抗毒素(CreTA)系统(Science 2021)。CRISPR-Cas利用抗毒素CreA控制毒素CreT的表达,一旦CRISPR-Cas组分被破坏,CreT表达并抑制甚或杀死宿主菌,使菌体对CRISPR-Cas上瘾。这一发现为理解CRISPR-Cas系统的广泛性分布提供了全新视角,同时揭示了一类前所未知且功能多样的小RNA“暗物质,开辟了一个全新的研究领域。


【报告人简介】

李明,博士,中国科学院微生物研究所研究员。国家自然科学基金优秀青年基金获得者,中国科协青年人才托举工程入选者,中国科学院青年创新促进会会员。2014年于中国科学院大学取得博士学位,荣获中科院百篇优博论文、院长优秀奖、优秀毕业生等荣誉。2014-2016年在中科院北京基因组研究所从事博士后研究,2016年至今在中科院微生物研究所依次任助理研究员、副研究员和研究员。多年来聚焦微生物CRISPR等病毒防御系统的基础理论研究和基因编辑等应用研究,以第一或通讯作者发表ScienceNucleic Acids ResCell Reports等论文10篇,回答了CRISPR适应领域长期关注的若干基本科学问题,并首次发现了偶联和守护CRISPR-Cas系统的双RNA型毒素-抗毒素全新功能元件,有力推动并引领了该国际热点领域的研究。目前担任国际期刊Frontiers in Genome Editing的编委,Nucleic Acids ResearchMicrobiology等国际期刊评委。

 

【报告人近5年的代表性论著】

1. Li M#*, Gong L#, Cheng F#, Yu H, Zhao D, Wang R, Wang T, Zhang S, Zhou J, Shmakov S, Koonin E, Xiang H*. (2021). Toxin-antitoxin RNA pairs safeguard CRISPR-Cas systems. Science. 372(6541):eabe5601.

2. Xu Z#, Li M#, Li Y, Cao H, Miao L, Xu Z, Higuchi Y, Yamasaki S, Nishino K, Woo PCY, Xiang H*, Yan A*. (2019). Native CRISPR-Cas-Mediated Genome Editing Enables Dissecting and Sensitizing Clinical Multidrug-Resistant P. aeruginosa. Cell Reports. 29(6):1707-1717. 4

3. Gong L, Li M*, Cheng F, Zhao D, Chen Y, Xiang H*. (2019) Primed adaptation tolerates extensive structural and size variations of the CRISPR RNA guide in Haloarcula hispanica. Nucleic Acids Research. 47(11):5880-91.

4. Li M, Gong L, Zhao D, Zhou J, and Xiang H. (2017) The spacer size of I-B CRISPR is modulated by the terminal sequence of the protospacer. Nucleic Acids Research. 45(8):4642-54.

5. Cheng F, Gong L, Zhao D, Yang H, Zhou J, Li M*, Xiang H*. (2017) Harnessing the native type I-B CRISPR-Cas for genome editing in a polyploid archaeon. Journal of Genetics and Genomics. 44(11):541-548. (* co-coresponding author)