十二号酵母染色体的人工合成
中国微生物菌种查询网 来源：生物通 / 2017-03-13 09:19:25

 　　酵母基因组计划的多项重大成果：包括中国在内的多个国家研究人员报道了多条酿酒酵母（Saccharomycescerevisiae）的合成染色体，实现酿酒酵母十二号染色体的人工合成。

　　戴俊彪研究组基于原始碱基序列设计出新的碱基序列，并通过自主开发的分层组装和后续改造方案最终获得可在酿酒酵母体内正常发挥功能的合成十二号染色体（synXII），这是目前世界上最长的真核线性染色体、全长为976,067个碱基，研究人员也对十二号染色体上编码核糖体RNA的DNA序列（rDNA）开展了一系列工程化改造。
　　能否在实验室构造具有生命特性的细胞一直是一个重要挑战，也是对生命起源的不懈探索。随着DNA合成技术的不断发展，很多基因材料都可以被化学合成出来。时至今日，科学家已经完成了病毒、噬菌体、细菌等物种的基因组设计与构建，并且这些人工合成的基因组也能够正常地完成自我复制和繁衍等生物功能。
　　戴俊彪课题组主要负责攻克16条染色体中长度最长、功能最为特殊的十二号染色体的人工合成。天然的酿酒酵母十二号染色体长度约为250万个碱基对，包括长约109万个碱基对的染色体以及一个由约150个重复单元组成的rDNA区域。后者形成了细胞核内一个特殊结构——核仁。为了获得具有完整生物学功能的酿酒酵母染色体，synXII的合成首次采用了分级组装的策略：首先，通过大片段合成序列，在六个菌株中分别完成了对染色体不同区域内源DNA的逐步替换；然后，利用酵母减数分裂过程中同源重组的特性，将多个菌株中的合成序列进行合并，获得完整的合成型染色体。
　　rDNA的内部转录间隔区（ITS）在植物和真菌中一直被当作DNA分子标签用于种属的鉴定。该序列能否被其他生物的相应序列替代而混淆物种鉴定是一个悬而未决的问题。在synXII的组装过程中，rDNA区域首先被完整的保留下来，接着在合成染色体上被完全去除，最后在基因组多个不同的位置上利用修饰过的rDNA单元进行了再生。研究组利用贝酵母（Saccharomycesbayanus）的ITS序列成功重建并获得没有显著表型缺陷的酵母。该酵母按照DNA分子标签可以被鉴定为贝酵母，但其基因组中所有其他序列都来源于酿酒酵母。
　　synXII的合成不仅表明我们能够设计并构建获得含有百万级碱基的合成染色体，实现对高度重复的rDNA基因簇进行编辑与操控，奠定了未来对其他超大、结构超复杂的基因组进行设计与编写的基础，同时也证明了酵母基因组中rDNA区域及其他序列均具有惊人的灵活度与可塑性。

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