科學家開發(fā)出人工基因組高效簡化策略 為最小酵母基因組的構(gòu)建提供了可能

近日，《基因組生物學》發(fā)表了中國科學院深圳先進技術(shù)研究院戴俊彪團隊的研究成果，他們開發(fā)出一種稱為SGC(SCRaMbLE-based genome compaction)的人工基因組高效簡化策略，并以此方法刪除了第12號染色體左臂中超過一半的非必需基因，為構(gòu)建第一個最小真核基因組及理解真核生命的核心組成奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

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(tǒng)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(fā)生倒置、缺失、重復和易位等各種重排(SCRaMbLE系統(tǒng))，為最小酵母基因組的構(gòu)建提供了可能。

SCRaMbLE所產(chǎn)生的基因組重排是隨機的，刪除是其中的一種形式，為確保SCRaMbLE之后的基因組都發(fā)生序列刪除，研究者通過選取合適的插入位點，將選擇性標記——URA3基因插入合成的染色體中，并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(nèi)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(xiàn)無偏刪除?對此，研究者利用釀酒酵母同源重組技術(shù)，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(xiàn)基因組的逐步簡化直至最小化，研究團隊建立了合成基因組的連續(xù)刪減流程，通過3次連續(xù)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100kbp(原總長度為170kbp)。(見習記者刁雯蕙)