脱氧核糖核酸(DNA)不仅编码着生物体的遗传信息，且具有可编程性、持久性、易于复制、高存储密度和高保真等特性，已成为合成生物学研究的基础工具，可作为基因编辑的模板DNA和信息数据存储的介质等。但在细胞体内进行大片段的基因插入和信息存储仍然存在很多限制，例如需要外源基因编辑模板的引入、信息存储容量低等问题，因此，本研究基于工程化的大肠杆菌(Escherichia coli，E. coli)，以高拷贝质粒为基础，构建可扩展且低成本的方法，可以在E.coli细胞内直接进行单链DNA的合成、基因编辑和DNA信息存储。
　　通过设计构建以高拷贝质粒为基础的单链DNA合成系统，利用模块化的滚环复制结构，在E.coli细胞内合成不同长度及序列的环状单链DNA。利用Cas9核酸酶不依赖于PAM的单链DNA切割特性，构建基于模块化滚环复制结构和Cas9核酸酶的RC-Cas系统，在细胞体内获得作为基因编辑模板的线性单链DNA，通过λRed重组酶对基因组进行精确的编辑。利用该系统实现不同长度供体DNA的体内合成，通过诱导表达λRed重组酶，可以在E.coli细胞正常生长的过程中对细胞基因组进行有效的编辑，并实现了大结构的基因片段插入(＞1kbps)。
　　同时，基于高拷贝质粒在E.coli细胞体内进行复制时具有稳定、高效和易于编辑的特点，以高拷贝质粒为基础，结合随机组装机制和混菌培养，构建细胞体内的DNA信息存储系统。该系统结合了体内和体外信息存储的优势，是介于二者之间的一条技术路径，利用低成本的DNA合成文库和高保真度的细胞体内信息复制系统，将编码数字信息的DNA文库存储在细胞体内。该方法成功存储了97.7kbps的DNA文库，并回收得到了完整的数据(100 %)。然后进一步扩大细胞体内信息存储的容量，将2304kbps，编码445kbytes数字信息的DNA文库存储在细胞体内，并且可以回收几乎完整(84.15 %)的存储数据。
　　综上，本研究以高拷贝质粒为基础，在E.coli细胞内构建了单链DNA合成、基因编辑和DNA信息存储策略，可以在细胞内可控的合成线性单链DNA模板(＞1kbps)，并应用于基因组的大片段插入编辑，也可以利用混菌培养，在细胞体内快速和低成本的进行DNA文库的存储，且可以近似完全的回收数据，为基因组工程和合成生物学提供了新的研究思路和模型。