中國科學院深圳先進技術研究院等成功開發出一種人工基因組的高效簡化策略
近日，中國科學院深圳先進技術研究院戴俊彪研究員團隊開發出一種稱為SGC（SCRaMbLE-based genome compaction）的人工基因組的高效簡化策略，并以此方法成功刪除了第十二號染色體左臂中超過一半的非必需基因，為第一個最小真核基因組的構建及理解真核生命的核心組成奠定了理論和技術基礎。
最新研究成果以Compacting a synthetic yeast chromosome arm為題，于1月4日在國際權威學術期刊Genome Biology發表。深圳先進院戴俊彪研究員、羅周卿副研究員和英國曼徹斯特大學蔡毅之教授為該論文的共同通訊作者。深圳先進院羅周卿副研究員和余康研究助理為該論文的共同第一作者。
最小真核基因組的構建是基因組學中的重要議題，被稱為該領域的“圣杯”。通過基因組的精簡，去除冗余基因，可為認識生命的起源和進化提供重要線索，有助于深化對基因組功能組成和運轉方式的認識。2016年，最小原核基因組已由J. Craig Venter團隊構建出來。面對更為復雜的真核生物基因組，如何構建其最小基因組是合成基因組學領域的下一個重大挑戰。
Sc2.0項目是世界上第一個真核基因組合成項目，已經成功構建了六條染色體。相對于野生型基因組，合成酵母基因組的一個特征是在酵母基因組中系統性地插入了大量的序列特異性重組位點loxPsym，這使得在Cre重組酶表達時，合成基因組可以發生倒置、缺失、重復和易位等各種重排（SCRaMbLE系統），為最小酵母基因組的構建提供了可能，研究團隊對此展開了深入的研究，最終成功實現了真核合成染色體的高效精簡。
SCRaMbLE所產生的基因組重排是隨機的，刪除是其中的一種形式，為了確保SCRaMbLE之后的基因組都發生序列刪除，研究者們通過選取合適的插入位點，將選擇性標記--URA3基因插入到了合成的染色體中；然后通過藥物對該基因的反篩作用，富集了該基因所在片段被刪除的菌株。此外，SCRaMbLE所介導的刪除是以兩個loxPsym位點之間的序列為基本單位的，因此如果兩個loxPsym位點之間包含必需基因，則該片段內的其他非必需基因也無法被刪除，如何覆蓋到這些非必需基因，實現無偏刪除？
對此，研究者們利用釀酒酵母同源重組技術，以eArray的形式為酵母細胞提供了必需基因的額外拷貝。在eArray存在的情況下，單次SCRaMbLE的刪除能力提升了3倍左右，甚至可以一次刪除合成序列上超過1/3的基因。為實現基因組的逐步簡化，直致最小化，研究團隊建立了合成基因組的連續刪減流程，通過3次的連續刪減，在保證菌株存活的前提下，最終刪除了合成序列上65個非必需基因中的39個，成功將左臂的長度縮短了近100 kbp（原總長度為170 kbp）
通過一系列的研究，團隊成功地開發了基于必需基因陣列的合成染色體迭代刪減技術，這對合成酵母的基因組精簡而言是一種通用且高效的工具，將為第一個真核最小基因組的構建奠定技術基礎。
據了解，該項研究是Sc3.0國際合作項目中的試點項目之一，由曼徹斯特大學、紐約大學及深圳先進院共同發起，由GP-write中國中心支持，旨在構建首個真核最小基因組，該國際合作倡議也于近期發表于Genome Biology上。
論文鏈接 （SGC論文）
論文鏈接2 （Sc3.0論文）
