浅谈高效率突变方法ARTP

一、育种领域有哪些？

细菌、酵母、藻类、真菌、作物、鱼类...
二、育种目标：

• 希望提高有用成分的产出效率

• 希望提高菌株的繁殖能力

• 希望加快生长速度

• 希望增加耐受性希望提高产量

• 希望调整获取时间... ...

三、针对育种目标，您可能会遇到以下情况：

• 得不到想要的变异株

• 使用的方法受到限制

• 不愿使用危险品

四、生物产业的关键技术问题和解决途径：

▲图丨：摘自陈坚院士报告

五、细胞工厂构建，可以利用ARTP
原理：ARTP（Atmospheric Room Temperature Plasma）是一种全新的射频放电技术，该技术使用惰性气体放电，能够在常压室温条件下产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细胞的遗传物质并导致DNA结构损伤，进而利用细胞自身高容错率的修复机制，产生大量的突变位点，最终获得大容量的基因突变库。
六、ARTP具有以下特点：

• 突变性能更强、突变位点更丰富

• 放电条件温和，活性粒子丰富，使用方便安全

• 应用范围广泛，包括植物界、真菌界、动物界、藻类、原生动物、细菌等

• 截止到2022年09月27日，使用ARTP发表的中文文献407篇，英文文献168篇，专利250篇，学位论文174篇，共计999篇

与UV相比可以得到多样的变异体，设备具有易操作，机器故障率低，实验等待时间短，安全等特点
七、ARTP诱变原理：

• 高纯氦气激发的等离子体富含各种高能量的活性粒子。

• 活性粒子可以透过细胞壁、细胞膜并有效地作用于蛋白质、DNA等。

• 活性粒子对DNA物质产生作用，引起DNA结构的多样性损伤。

• 细胞启动SOS修复机制，形成大量突变位点。

• 诱变后菌株/植株经过筛选获得性状优良的细胞，最终大大地提高生产效率。

八、ARTP安全高效：
常压室温等离子体ARTP获得欧盟认证及美国UL认证。由于可以在常压室温下进行处理，照射的等离子体温度较低，被证实适用于各种物种。

九、ARTP应用案例：
Case1：细菌领域成果多、效果显著
筛选到高产L-亮氨酸的突变株，产量达到18.55 mg/g，比出发菌株提高2.91倍。（Nature Communications，9（2018））
 
Case2：霉菌产色素能力大幅度提升
突变菌株产橙、黄色素能力比出发菌株分别提高136%、43%。（核农学报，2016,30（4）：654-661）

Case3：应用ARTP茂源链轮丝菌，提高所产谷氨酰胺酶的酶活

采用ARTP技术对链霉菌孢子进行诱变，突变率42.8%，正突变率20.6%，高产突变株G2-1酶活达到2.73U/mL，比出发菌株提高了82%。（微生物学通报，2010，37(11)：1642-1649）
Case4：优良植物品系的选育

▲图丨玉米矮杆突变M2代                                  玉米矮杆突变M3代
ARTP辐照玉米萌动种子，M1代中发现矮秆、分蘖和雄性不育的玉米突变。对M3矮秆突变株系与其亲本基因组DNA重测序表明，ARTP诱导玉米基因组突变率为0.083%，远高于化学诱变。
Case5：ARTP诱变育种技术在水产育种中的应用

ARTP处理牙鲆受精卵和精子，突变体出现明显的生长性状分离；在全基因组水平，ARTP诱导牙鲆的突变率高达0.064%，远高于ENU在其他鱼类上所获得的突变率。