新華社天津9月17日電(張建新、趙習(xí)鈞)天津大學(xué)合成生物學(xué)元英進(jìn)教授團(tuán)隊(duì)首次將自主設(shè)計(jì)合成的5號(hào)釀酒酵母環(huán)形染色體進(jìn)行基因組重排,為探索環(huán)形染色體結(jié)構(gòu)變異和功能提供了新的研究思路和模型。17日,在最新一期上線的國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上刊載了這一名為《環(huán)形5號(hào)染色體基因組重排》的論文。
染色體結(jié)構(gòu)變異對(duì)生物性狀多樣性具有重要影響。常見(jiàn)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(lèi)的某些染色體發(fā)生變異后會(huì)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(duì)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(duì)匱乏。
元英進(jìn)教授團(tuán)隊(duì)以此前人工合成的釀酒酵母環(huán)形5號(hào)染色體為研究對(duì)象,利用SCRaMbLE基因組重排系統(tǒng)對(duì)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——紫色桿菌素前體物作為目標(biāo)性狀,通過(guò)多輪基因組重排來(lái)探究染色體結(jié)構(gòu)變異對(duì)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(guò)程中會(huì)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)形染色體重排后,發(fā)現(xiàn)了1、3、6、12、13和環(huán)形5號(hào)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(duì)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(guò)5次連續(xù)誘導(dǎo)重排后,所獲得環(huán)形染色體的長(zhǎng)度比原始染色體增加了一倍以上。
環(huán)形染色體重排過(guò)程檢測(cè)到更多的非天然新型結(jié)構(gòu)變異。同時(shí)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(guò)程中通過(guò)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(dòng)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。
該研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃等基金的大力支持。
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