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我國真核生物人工基因組合成研究水平進入國際前列

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在863計劃、973計劃等國家科技計劃支持下,我國科學家與美國等國家的科學家共同推動了人工合成真核生物酵母基因組國際合作計劃(Sc2.0 Project)。日前,該計劃取得重大突破。其中,我國科學家為主完成了synⅡ、synⅤ、synⅩ、synⅫ 共4條染色體的從頭設計與全合成,研究成果于2017年3月10日以專刊及封面文章在《科學》(Science)雜志上發表4篇研究論文。這標志著我國繼美國之后成為第二個具備真核基因組設計與構建能力的國家,研究水平進入國際前列。

在“十二五”863計劃合成生物技術重大項目等計劃支持下,天津大學、清華大學和深圳華大基因研究院等單位在真核生物酵母人工基因組合成(Sc2.0)國際合作計劃中,承擔酵母基因組近40%的合成工作,目前已經合成的6條染色體中有4條是我國團隊完成的。

我國學者在此次酵母基因組人工合成中,主要研究成果包括:一是發展了多級模塊化和標準化基因組合成方法,創建了一步法大片段組裝技術和并行式染色體合成策略,實現了由小分子核苷酸到活體真核染色體的定制精準合成;二是創建了基因組缺陷靶點快速定位與精確修復方法,解決了全合成基因組導致細胞失活的難題,所得到的全合成酵母基因組具備完整的生命活性,能夠成功調控酵母的生長,并具備各種環境響應能力;三是建立了基于多靶點片段共轉化的基因組精確修復技術和DNA大片段重復修復技術,首次實現了人工基因組合成序列與設計序列的完全匹配,為研究人工設計基因組的功能驗證與改進奠定了基礎;四是利用人工合成酵母染色體建立了一組環形染色體模型,通過人工基因組中設計的特異標簽,實現對細胞分裂過程中染色體變化的追蹤和分析,為研究當前無法治療的染色體成環疾病發生機理和潛在治療手段建立了研究模型;五是建立了“貫穿組學(Trans-Omics)”方法,從表型、基因組、轉錄組、蛋白質組、代謝組以及細胞復制分離等層面,系統地進行基因型-表型的深度關聯分析,多角度驗證了其他生物學功能均與野生型釀酒酵母具有高度一致的生物學特性。

人工合成酵母基因組計劃是繼支原體基因組合成項目后,合成基因組學研究的又一重大標志性項目,旨在重新設計并合成釀酒酵母的全部16條染色體(長約12Mb)。該項目計劃通過對釀酒酵母的基因改造,更加透徹地了解機體的生物學機制、生物學反應、對各種環境的適應性以及進化過程等,將有助于解決人類生存面臨的能源短缺、環境污染等問題。

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責任編輯: 李浩

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