十二號酵母染色體的人工合成
中國微生物菌種查詢網(wǎng) 來源：生物通 / 2017-03-13 09:19:25
酵母基因組計劃的多項重大成果：包括中國在內(nèi)的多個國家研究人員報道了多條釀酒酵母（Saccharomycescerevisiae）的合成染色體，實現(xiàn)釀酒酵母十二號染色體的人工合成。
戴俊彪研究組基于原始堿基序列設(shè)計出新的堿基序列，并通過自主開發(fā)的分層組裝和后續(xù)改造方案最終獲得可在釀酒酵母體內(nèi)正常發(fā)揮功能的合成十二號染色體（synXII），這是目前世界上最長的真核線性染色體、全長為976,067個堿基，研究人員也對十二號染色體上編碼核糖體RNA的DNA序列（rDNA）開展了一系列工程化改造。
能否在實驗室構(gòu)造具有生命特性的細胞一直是一個重要挑戰(zhàn)，也是對生命起源的不懈探索。隨著DNA合成技術(shù)的不斷發(fā)展，很多基因材料都可以被化學合成出來。時至今日，科學家已經(jīng)完成了
病毒、
噬菌體、
細菌等物種的基因組設(shè)計與構(gòu)建，并且這些人工合成的基因組也能夠正常地完成自我復制和繁衍等生物功能。
戴俊彪課題組主要負責攻克16條染色體中長度最長、功能最為特殊的十二號染色體的人工合成。天然的釀酒酵母十二號染色體長度約為250萬個堿基對，包括長約109萬個堿基對的染色體以及一個由約150個重復單元組成的rDNA區(qū)域。后者形成了細胞核內(nèi)一個特殊結(jié)構(gòu)——核仁。為了獲得具有完整生物學功能的釀酒酵母染色體，synXII的合成首次采用了分級組裝的策略：首先，通過大片段合成序列，在六個菌株中分別完成了對染色體不同區(qū)域內(nèi)源DNA的逐步替換；然后，利用酵母減數(shù)分裂過程中同源重組的特性，將多個菌株中的合成序列進行合并，獲得完整的合成型染色體。
rDNA的內(nèi)部轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)（ITS）在植物和真菌中一直被當作DNA分子標簽用于種屬的鑒定。該序列能否被其他生物的相應(yīng)序列替代而混淆物種鑒定是一個懸而未決的問題。在synXII的組裝過程中，rDNA區(qū)域首先被完整的保留下來，接著在合成染色體上被完全去除，最后在基因組多個不同的位置上利用修飾過的rDNA單元進行了再生。研究組利用貝酵母（Saccharomycesbayanus）的ITS序列成功重建并獲得沒有顯著表型缺陷的酵母。該酵母按照DNA分子標簽可以被鑒定為
貝酵母，但其基因組中所有其他序列都來源于釀酒酵母。
synXII的合成不僅表明我們能夠設(shè)計并構(gòu)建獲得含有百萬級堿基的合成染色體，實現(xiàn)對高度重復的rDNA基因簇進行編輯與操控，奠定了未來對其他超大、結(jié)構(gòu)超復雜的基因組進行設(shè)計與編寫的基礎(chǔ)，同時也證明了酵母基因組中rDNA區(qū)域及其他序列均具有驚人的靈活度與可塑性。
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