定向进化技术是合成生物学领域近年来的研究热点。定向进化不仅促进了新型基因元件的挖掘，也为基因线路理性设计提供了新见解。
传统定向进化技术常通过对靶基因进行饱和突变或易错PCR以构建文库，并通过高通量筛选获得所需的突变体。这种方法往往耗时且昂贵，且在筛选通量和靶基因长度上存在一定限制。
连续定向进化是能够规避上述问题的新一代技术。通过在细胞内实现对特定目标DNA高度特异地引入随机突变，自动生成的突变体文库可直接用于后续筛选，省去了人工文库构建的繁琐操作。酿酒酵母的正交DNA复制系统（OrthoRep）和噬菌体辅助连续进化（PACE）是目前最广泛使应用的连续定向进化工具。其中OrthoRep系统尤其经典：酵母细胞中，正交的DNA聚合酶仅特异性地复制线性质粒，而不复制其它DNA。通过设计并应用易错正交DNA聚合酶，可以在线性质粒上的靶基因中引入随机突变，从而达到自动生成文库的目的。
OrthoRep自诞生以来，因其操作简单、突变谱广，并可支持长达22kb 的靶DNA，已成功用于多项定向进化研究并取得成功。遗憾的是，OrthoRep 是基于酿酒酵母的定向进化系统，用其满足基于原核生物的应用需求依然存在诸多限制。相比于原核系统，酿酒酵母培养周期较长，在原核微生物中构建类似系统难度很大。
近日，江南大学未来食品科学中心和生物工程学院陈坚院士团队刘延峰研究员课题组在Nature Chemical Biology发表研究成果 “Engineered bacterial orthogonal DNA replication system for continuous evolution“ （江南大学2018级博士田荣臻为论文第一作者）， 首次报道了原核正交DNA复制系统，并设计构建了相应的易错DNA聚合酶，实现了基于原核正交复制系统的连续定向进化。
该研究创造性地改造了一种苏云金芽孢杆菌溶源性噬菌体的复制机器，其DNA聚合酶以蛋白质为引物，仅复制噬菌体的线性DNA基因组。研究团队对噬菌体基因组进行了简化改造，保留复制机器，从而构建了人工线性质粒。该质粒在苏云金芽孢杆菌中可稳定复制，并支持人工控制拷贝数。
进一步，研究团队又基于DNA聚合酶结构预测与保守序列分析结果，设计了一系列易错DNA聚合酶，大大提高了该线性质粒的突变率。经NGS分析发现，该线性质粒的突变谱包括全部12种碱基替换，且突变分布较为均匀。易错DNA聚合酶与宿主基因组复制机器间具有良好的正交性，互相不构成显著干扰。
这一新型原核连续定向进化系统被命名为BacORep，利用该系统，研究团队对甲醇同化基因簇进行了连续定向进化，大大提高了宿主对甲醇的利用效率。
应国际定向进化大赛（iDEC）总部邀请，设计并实现这一成果的主要研究者田荣臻博士将以特邀主讲人身份参加iDEC夏季研讨会（在线，8月14日伦敦时间下午1:00- 2:00），为iDEC参赛者及广大对定向进化技术感兴趣的师生介绍这一成果的技术细节及研究历程。
关于iDEC夏季研讨会的详细信息，敬请关注国际定向进化大赛或再创公众号。更多内容与注册通道将于8月上旬发布。
更多赛事相关信息请关注赛事官方公众号或者关注赛事官网
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