我国真核生物人工基因组合成研究水平进入国际前列

湖南省科技厅 kjt.hunan.gov.cn 时间:2017年03月13日 【字体:
  

  在863计划、973计划等国家科技计划支持下,我国科学家与美国等国家的科学家共同推动了人工合成真核生物酵母基因组国际合作计划(Sc2.0 Project)。日前,该计划取得重大突破。其中,我国科学家为主完成了synⅡ、synⅤ、synⅩ、synⅫ 共4条染色体的从头设计与全合成,研究成果于2017年3月10日以专刊及封面文章在《科学》(Science)杂志上发表4篇研究论文。这标志着我国继美国之后成为第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家,研究水平进入国际前列。

  在“十二五”863计划合成生物技术重大项目等计划支持下,天津大学、清华大学和深圳华大基因研究院等单位在真核生物酵母人工基因组合成(Sc2.0)国际合作计划中,承担酵母基因组近40%的合成工作,目前已经合成的6条染色体中有4条是我国团队完成的。

  我国学者在此次酵母基因组人工合成中,主要研究成果包括: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;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,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潜在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,多角度验证了其他生物学功能均与野生型酿酒酵母具有高度一致的生物学特性。

  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项目,旨在重新设计并合成酿酒酵母的全部16条染色体(长约12Mb)。该项目计划通过对酿酒酵母的基因改造,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。