我國(guó)科學(xué)家在合成酵母中發(fā)現(xiàn)了什么?

2014年，Sc2.0已創(chuàng)建了一個(gè)單一的人工酵母染色體。此次國(guó)際合作，中外科學(xué)家們共完成了5條染色體的化學(xué)合成，其中中國(guó)科學(xué)家完成了4條，占完成數(shù)量的66.7%，把Sc2.0計(jì)劃向前推進(jìn)了一大步。

其中，元英進(jìn)帶領(lǐng)的天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)完成了5號(hào)、10號(hào)(synV、synX)染色體的化學(xué)合成，并開(kāi)發(fā)了高效的染色體缺陷靶點(diǎn)定位技術(shù)和染色體點(diǎn)突變修復(fù)技術(shù);戴俊彪研究員帶領(lǐng)清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)完成了當(dāng)前已合成染色體中最長(zhǎng)的12號(hào)染色體(synXII)的全合成;深圳華大基因研究院團(tuán)隊(duì)聯(lián)合英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)團(tuán)隊(duì)完成了2號(hào)染色體(synII)的合成及深度基因型-表型關(guān)聯(lián)分析。

“人工合成基因組的尺度和復(fù)雜度的不斷提升，向科學(xué)界對(duì)生物體運(yùn)作方式以及生命本質(zhì)的認(rèn)知提出了越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。在基因組尺度的DNA合成中面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，是定位人工基因組中影響細(xì)胞長(zhǎng)勢(shì)的序列，即缺陷(bug)。常規(guī)的排除缺陷(debugging)的方法有三種，都有費(fèi)時(shí)耗力、效率不高的缺點(diǎn)?！痹⑦M(jìn)團(tuán)隊(duì)成員、“10號(hào)染色體”文章第一作者、天津大學(xué)博士生吳毅介紹說(shuō)：在合成長(zhǎng)達(dá)770kb(kb：千堿基對(duì))的釀酒酵母10號(hào)染色體的過(guò)程中，我們創(chuàng)建了基因組缺陷靶點(diǎn)快速定位與精確修復(fù)方法，解決了全化學(xué)合成基因組導(dǎo)致細(xì)胞失活的難題。我們所得到的全合成酵母染色體具備完整的生命活性，能夠成功調(diào)控酵母的生長(zhǎng)，并具備各種環(huán)境響應(yīng)能力。此方法在化學(xué)合成基因組研究中具有普適性，并且作為一種新穎的表型和基因組關(guān)聯(lián)性分析的策略，有望顯著提升我們對(duì)基因組結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)知?！?/p>

“5號(hào)染色體”文章第一作者、天津大學(xué)博士生謝澤雄說(shuō)，在全面推進(jìn)Sc2.0計(jì)劃的過(guò)程中，我們建立了基于多靶點(diǎn)片段共轉(zhuǎn)化的基因組精確修復(fù)技術(shù)和DNA大片段重復(fù)修復(fù)技術(shù)，解決了超長(zhǎng)人工DNA片段的精準(zhǔn)合成難題。同時(shí)，我們首次實(shí)現(xiàn)了真核人工基因組化學(xué)合成序列與設(shè)計(jì)序列的完全匹配，系統(tǒng)性支撐與評(píng)價(jià)了當(dāng)前真核生物的設(shè)計(jì)原則。該技術(shù)的突破為研究人工設(shè)計(jì)基因組的重新設(shè)計(jì)、功能驗(yàn)證與技術(shù)改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。利用化學(xué)合成的酵母5號(hào)染色體定制化建立了一組環(huán)形染色體模型，通過(guò)人工基因組中設(shè)計(jì)的特異性水印標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞分裂過(guò)程中染色體變化的追蹤和分析，為研究當(dāng)前無(wú)法治療的環(huán)形染色體疾病、癌癥和衰老等發(fā)生機(jī)理和潛在治療手段提供了了研究模型。此外，我們發(fā)展了多級(jí)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化基因組合成方法，創(chuàng)建了一步法大片段組裝技術(shù)和并行式染色體合成策略，實(shí)現(xiàn)了由小分子核苷酸到活體真核染色體的定制精準(zhǔn)合成。”