天津大学研究成果填补基因组结构变异的技术空白

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人民网北京5月23日电昨日，天津大学袁教授领导的合成生物学研究团队发表了3篇长论文，分别为《合成单倍体和二倍体酵母基因组重排的精确控制》、《体外dna重排》和《杂合二倍体和跨物种基因组重排》，介绍了基因组重排精确控制技术等一系列研究成果。这一成果填补了基因组结构变异的空技术标准，提高了细胞工厂的生产效率，加速了微生物的进化和生物知识的发现。这是继人工酵母染色体打破了非生物物质和生物物质的界限后，中国科学家在“设计生命、再造生命、重塑生命”过程中取得的又一重大技术进步，开辟了合成生物学研究中基因组重排的新研究领域。

在生命科学领域，遗传变异是生物进化的源泉，它使生物体适应环境并持续进化数亿年。科学家们还开发了各种遗传变异技术来获得不同的dna，从而为获得不同的生物学特性提供了原材料。然而，以往的dna突变技术大多只关注小规模的遗传修饰，人工构建技术在更复杂的基因组结构变异水平上仍然存在挑战。

天津大学的研究团队就是针对这个难题。在合成去年报道的酵母染色体的基础上，开发了一种能够精确控制基因重排的方法，使酵母作为研究对象，在有限的时间内产生基因组变异的几何增长，从而推动其快速进化。他们还开创了多种方法，使突变的酵母菌株具有稳定的生物活性，并将其用作高效生产β-胡萝卜素的细胞工厂。

基因组重排精确控制示意图

酿酒酵母是生物学研究中典型的真核单细胞生物。《精确控制合成单倍体和二倍体酵母基因组重排》一文的作者袁教授说:“化学合成酵母一方面可以帮助人类更深入地了解一些基本的生物学问题，另一方面可以通过基因组重排系统实现快速进化，获得在医药、能源、环境、农业、工业等领域具有重要应用潜力的菌株。”

“我们在体外构建了一个dna反应系统，产生了一个包含基因缺失、反转和复制的结构变异文库，并通过测序技术表征了结构变异文库的多样性。这种体外dna重排技术为构建dna文库提供了一种独特而有效的方法，有助于进行方便的表型和结构变异的基因型关联分析，对结构变异的基础研究和代谢途径的工程优化具有重要意义。天津大学合成生物学团队的吴仪表示，这一成果有望在dna文库构建和细胞代谢工程中得到广泛应用。

据报道，合成生物学是继“dna双螺旋发现”和“人类基因组测序计划”之后，以基因组设计和合成为标志的第三次生物技术革命。酵母基因组合成项目(sc2.0项目)是合成基因组学研究中具有里程碑意义的国际合作项目。该项目由美国科学院院士杰夫赞助。由伯克发起，在美国、中国、英国、法国、澳大利亚、新加坡等国家研究机构的参与和合作下，我们致力于完整酿酒酵母基因组的设计和化学改造。天津大学袁教授是该项目的国际推动者，也是中国最早的参与者。此前，袁教授领导的“酵母长染色体精确定制合成”研究成果被评为2017年中国十大科技进步。(赵喜伟)

来源：搜狐微门户