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中国科学院科学家开发出人工基因组高效简化策略

2021-01-11 08:08:21 中国科学报 刁雯蕙

近日,《基因组生物学》发表了中国科学院深圳先进技术研究院戴俊彪团队的研究成果,他们开发出一种称为SGC(SCRaMbLE-based genome compaction)的人工基因组高效简化策略,并以此方法删除了第12号染色体左臂中超过一半的非必需基因,为构建第一个最小真核基因组及理解真核生命的核心组成奠定了理论和技术基础。

相对于野生型基因组,合成酵母基因组的一个特征是在酵母基因组中系统性地插入了大量的序列特异性重组位点loxPsym,这使得在Cre重组酶表达时,合成基因组可以发生倒置、缺失、重复和易位等各种重排(SCRaMbLE系统),为最小酵母基因组的构建提供了可能。

SCRaMbLE所产生的基因组重排是随机的,删除是其中的一种形式,为确保SCRaMbLE之后的基因组都发生序列删除,研究者通过选取合适的插入位点,将选择性标记——URA3基因插入合成的染色体中,并通过药物对该基因的反筛作用,富集了该基因所在片段被删除的菌株。

此外,SCRaMbLE所介导的删除是以两个loxPsym位点之间的序列为基本单位的,因此如果两个loxPsym位点之间包含必需基因,则该片段内的其他非必需基因也无法被删除。如何覆盖到这些非必需基因,实现无偏删除?对此,研究者利用酿酒酵母同源重组技术,以eArray的形式为酵母细胞提供了必需基因的额外拷贝。在eArray存在的情况下,单次SCRaMbLE的删除能力提升了3倍左右,甚至可以一次删除合成序列上超过1/3的基因。

为实现基因组的逐步简化直至最小化,研究团队建立了合成基因组的连续删减流程,通过3次连续删减,在保证菌株存活的前提下,最终删除了合成序列上65个非必需基因中的39个,成功将左臂的长度缩短了近100kbp(原总长度为170kbp)。(见习记者刁雯蕙)

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