中国科学院近代物理研究所生物物理室研究团队与兰州理工大学合作，通过结合重离子辐射、适应性实验室进化（Adaptive laboratory evolution, ALE）和基因编辑等相关技术，实践了团队之前提出的关于提升重子辐射诱变育种效率和质量的研究策略。系列研究成果2024年11月前后发表在Communications Biology、Biotechnology for Biofuels and Bioproducts、Applied and Environmental Microbiology、Journal of Biotechnology等国际生物技术领域权威期刊上。

微生物诱变育种技术是获取优良突变体的重要手段之一。尽管重离子辐射的诸多优势使其较传统诱变技术更容易获得优良突变体，但诱变技术普遍存在的随机性限制了育种的效率。

基于此现状，科研人员利用兰州重离子加速器（HIRFL）对目标突变体实施多轮辐射，结合ALE技术提高了酵母的抗逆性和耐受性，因此获得了适应性更强的底盘细胞。再通过多组学联合分析方法识别出与其发酵性能相关的重要基因，利用基因编辑技术对代谢通路进行精准优化，着重优化了核心代谢中间产物的代谢通量，使乙酰辅酶A水平较之前提高了17.10%，从而显著提高了酵母在合成脂类和其他高附加值化合物方面的产量。

科研人员通过以上方法的实践运用，证实了该模式下重离子辐射高效诱变、ALE和基因编辑定向选育方面的技术优势，从而显著提升了微生物的育种效率和突变体质量。同时，微生物菌株在复杂工业化场景中的发酵性能显著增强，也为生物制造、微生物新菌种资源等方面的研究提供了有力支撑，具有良好的应用前景。

以上研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院STS项目、中国科学院“西部之光”项目及甘肃省自然科学基金等项目支持。

相关文章链接如下：

https://www.nature.com/articles/s42003-024-07103-7

https://doi.org/10.1186/s13068-024-02562-w

https://doi.org/10.1128/aem.01113-24

https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2024.08.014

图1 ：重离子辐射育种联合遗传操作创制优良的微生物菌株（图 雷彩荣、陆栋）

图2 ：通过遗传操作调控脂质合成（图 雷彩荣、陆栋）