中國科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)對人造環(huán)形染色體的基因組重排

2019-09-06 23:10:25

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供稿：網(wǎng)友

記者17日從天津大學(xué)獲悉，該校元英進(jìn)教授團(tuán)隊首次實(shí)現(xiàn)對人造環(huán)形染色體的基因組重排。

9月17日，在最新一期上線的國際學(xué)術(shù)期刊《自然?通訊》上刊載一篇名為《環(huán)形5號染色體基因組重排》的論文。文章公布天津大學(xué)元英進(jìn)教授團(tuán)隊首次將自主設(shè)計合成的5號釀酒酵母環(huán)狀染色體進(jìn)行基因組重排的相關(guān)研究成果，為探索環(huán)形染色體結(jié)構(gòu)變異和功能提供新的研究思路和模型。

染色體結(jié)構(gòu)變異對生物性狀多樣性具有重要影響。常見的真核生物染色體一般都是成線性的棒狀結(jié)構(gòu)，而人類的某些染色體發(fā)生變異后會出現(xiàn)“成環(huán)”的現(xiàn)象。染色體的環(huán)化與癌癥、癲癇、智力發(fā)育遲緩、白血病等多種疾病的發(fā)生密切相關(guān)。目前，對環(huán)形染色體結(jié)構(gòu)變異及所產(chǎn)生表型的認(rèn)知相對匱乏。

天津大學(xué)元英進(jìn)教授團(tuán)隊以此前人工合成的釀酒酵母環(huán)形5號染色體為研究對象，利用SCRaMbLE基因組重排系統(tǒng)對其進(jìn)行基因組重排，發(fā)現(xiàn)環(huán)形染色體不同于線性染色體的多種結(jié)構(gòu)性變化。

研究人員選擇了抗癌活性化合物――紫色桿菌素前體物(PDV)作為目標(biāo)性狀，通過多輪基因組重排來探究染色體結(jié)構(gòu)變異對細(xì)胞功能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)形染色體基因組重排過程中會連續(xù)產(chǎn)生復(fù)雜的基因組結(jié)構(gòu)變異和表型優(yōu)化。環(huán)形染色體的重排后，發(fā)現(xiàn)了1、3、6、12、13和環(huán)形5號染色體的數(shù)目加倍，形成染色體非整倍體酵母菌株。重排使染色體自身產(chǎn)生更多的非對稱性結(jié)構(gòu)變異，包括DNA片段的重復(fù)和片段插入；經(jīng)過5次連續(xù)誘導(dǎo)重排后，所獲得環(huán)形染色體的長度比原始染色體增加一倍以上。

環(huán)形染色體重排過程檢測到更多的非天然新型結(jié)構(gòu)變異。環(huán)形5號染色體在經(jīng)過第一輪誘導(dǎo)重排后檢測到29種非天然存在的新型結(jié)構(gòu)變異，在兩輪連續(xù)誘導(dǎo)重排后增加到47個；多輪實(shí)驗(yàn)后共計檢測到53種新型結(jié)構(gòu)變異。將第一輪重排染色體中檢測到的29個結(jié)構(gòu)變異分別導(dǎo)入細(xì)胞中，在其中11種當(dāng)中篩選得到了PDV合成產(chǎn)量提升的菌株。同時發(fā)現(xiàn)，未表征基因YER182W的缺失與PDV的產(chǎn)量提升具有相關(guān)性。

研究表明，環(huán)形染色體在基因組重排過程中通過修改染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)可以持續(xù)產(chǎn)生染色體結(jié)構(gòu)變異和細(xì)胞表型增強(qiáng)，進(jìn)而推動基因組的進(jìn)化，為理解DNA基因型與生物表型關(guān)系提供了有效的研究模型。

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