我國科技人員在雜合二倍體與跨物種基因組重排技術上取得重要進展

遺傳變異是生物進化的源泉，促使生物在億萬年間可以不斷適應環境、不斷進化。在生命科學領域，科學家開發出多種遺傳變異技術，來獲取多樣的DNA，從而為獲取多樣的生物特徵提供原料。然而以前的DNA變異技術大多隻針對基因層面進行小規模改造，在更加複雜的基因組結構變異層面的人工構建技術仍具有挑戰性。

合成型基因組重排驅動酵母快速進化

最近，天津大學和紐約大學合作在Nature Communications雜誌在線發表了題為「Heterozygous diploid and interspecies SCRaMbLEing」的研究論文。該研究首次將合成型酵母基因組（Sc2.0）的重排系統拓展到雜合二倍體和跨物種二倍體，並且利用基因組重排系統快速驅動細胞進化（模式圖附後）。該技術一方面有助於加速工業微生物的性狀改良，另一方面對於挖掘新的生物學知識有重要意義。

雜合二倍體與跨物種基因組重排模式圖

本研究通過酵母交配的方式將具有靈活基因型的合成型酵母與具有多樣化表型的野生型酵母相結合，使得SCRaMbLE（Synthetic Chromosome Recombination and Modification by LoxP-Mediated Evolution）系統驅動雜合二倍體和跨物種二倍體的基因組重排。研究人員將包含單條合成型染色體（synX）和包含兩條合成型染色體（synV和synX）的單倍體酵母與來自酵母菌株庫（SGRP）中的25株釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和27株奇藝酵母（Saccharomyces paradoxus）單倍體交配，獲得100株菌的雜合二倍體和跨物種二倍體菌株庫。

雜合二倍體和跨物種二倍體菌株庫

科研人員使用一株釀清酒的釀酒酵母菌株Y12為例，通過雜合二倍體的基因組重排，研究人員成功獲得兩株在42度生長加快的重排菌株，全基因組測序分析其中一株重排菌包含5處大片段的刪除和1處大片段的複製。研究結果表明，在二倍體中開啟基因組重排系統比在單倍體中有更好的容忍度。研究人員又以一株奇藝酵母CBS5829為例，通過跨物種二倍體的基因組重排，成功獲得十株咖啡因耐受性提升的重排菌株，全基因組測序分析獨立的兩株重排菌株中包含有相同片段的複製現象，驗證實驗顯示複製片段中的POL32基因的加倍使酵母的咖啡因耐受性提升。

該技術一方面將有助於加速工業微生物的性狀改良，另一方面將幫助挖掘新的基礎生物學知識。該研究得到國家科技項目的支持。

（文中圖片來源：天津大學元英進課題組）

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