日期:2017-03-10 来源:本站 供稿:前沿生物技术处 作者:管理员 类别:独立撰写
人工合成酵母基因组国际合作项目(Sc2.0 Project)近期取得重大进展,在染色体人工合成设计、三维结构表征等方面取得重要进展,并完成了5条酿酒酵母染色体的人工合成,形成的7篇研究论文于2017年3月10日在Science杂志网站上在线发表。其中4篇研究论文是由天津大学元英进、清华大学戴俊彪、深圳华大基因研究院杨焕明等我国科学家为主完成的。
在863、973等国家科技计划支持下,我国科学家积极参与该项目,完成了synⅡ、synⅤ、synⅩ、synⅫ共4条染色体的从头设计与全合成,占Sc2.0 Project已经合成的6条染色体的三分之二。这标志着我国成为继美国之后第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家。
我国学者在此次酵母基因组人工合成中取得的主要突破有:一是发展了多级模块化和标准化基因组合成方法,创建了一步法大片段组装技术和并行式染色体合成策略,实现了由小分子核苷酸到活体真核染色体的定制精准合成。二是创建了基因组缺陷靶点快速定位与精确修复方法,解决了全合成基因组导致细胞失活的难题,所得到的全合成酵母基因组具备完整的生命活性,能够成功调控酵母的生长,并具备各种环境响应能力。此方法已经成为国际人工基因组合成研究的普适方法。三是建立了基于多靶点片段共转化的基因组精确修复技术和DNA大片段重复修复技术,首次实现了人工基因组合成序列与设计序列的完全匹配,该技术的突破为研究人工设计基因组的功能验证与改进奠定了基础。四是利用人工合成酵母染色体建立了一组环形染色体模型,通过人工基因组中设计的特异标签实现对细胞分裂过程中染色体变化的追踪和分析,为研究当前无法治疗的染色体成环疾病发生机理和治疗手段建立了研究模型。五是建立了“贯穿组学(Trans-Omics)”方法,从表型、基因组、转录组、蛋白质组、代谢组以及细胞复制分离等层面系统地进行基因型-表型的深度关联分析,验证其生物学功能均与野生型酿酒酵母的高度一致。
基因组设计与合成是对基因组进行全新设计和从头构建,能够按需塑造生命,开启了从非生命物质向生命物质转化的大门,推动生命科学由理解生命向创造生命延伸。继DNA双螺旋发现和人类基因组计划之后,以基因组设计合成为标志的合成生物学将引发第三次生物技术重大变革,将在人类健康、环境、能源、农业等领域产生重大影响。
人工合成酵母基因组计划是继支原体基因组合成项目后,合成基因组学研究的又一重大标志性国际合作项目,旨在重新设计并合成真核生物酿酒酵母的全部16条染色体(长约12Mb)。项目由美国、中国、英国、澳大利亚、新加坡等国家的多个研究机构参加,计划通过对酿酒酵母的改造,更加透彻地了解机体的生物学机制、生物学反应、对各种环境的适应性以及进化过程等,将有助于解决人类生存面临的能源短缺、环境污染等问题。2014年3月,美国科学家牵头的研究小组在国际上首次合成了真核细胞的染色体,他们完成了1条酿酒酵母染色体的人工合成。