我国科学家在环形染色体重排研究方面取得突破进展

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发布时间:2018-09-27 12:01

近日,《自然·通讯》(Nature Communications)杂志在线发表了我国科学家的研究论文 “Ring Synthetic Chromosome V SCRaMbLE”,证实了人工合成环形染色体在基因型和表型上的连续进化能力,显示与天然线性染色体相比,人工环形染色体具有更复杂的重排变化规律。该研究是在国家科技计划支持基础上,由天津大学元英进牵头的团队取得最新突破性进展。

染色体结构变异对生物表型多样性具有重要的影响。该研究以含有环形5号染色体的单倍体酿酒酵母菌株为模型,利用合成型酵母染色体特有SCRaMbLE系统研究基因组结构变异和进化,揭示了环形染色体可以连续产生复杂的基因组变异和表型优化。

(PDV)的生物合成途径作为基因组重排的筛选标记,通过诱导环形染色体的基因组重排获得了非整倍体酵母菌株,PDV产量提升约7倍,并且检测到1、3、6、12、13和环形5号染色体的非整倍体加倍。

与线性染色体的结构变异相比,环形染色体发生基因组重排后产生了更多的结构变异,包括DNA片段的重复、插入、易位和反转。该研究检测到29种非天然存在的新型结构变异,其中有11种和PDV的生物合成提升相关联;同时,发现未表征基因YER182W的缺失与PDV的产量提升有关(见下图)。

环形V号染色体重排产生基因型和表型多样性

本研究基于前期人工构建的酿酒酵母环形染色体,利用SCRaMbLE重排进化系统开展环形染色体结构变异与功能分析研究,证实环形染色体的结构变异可以改变染色体数目、结构和组织形式以推动基因组的进化。他们建立的DNA基因型与生物表型关系的研究新模型,有望用于染色体重排、微生物细胞工厂性能提升、生命快速进化和人类染色体异常疾病等研究。

(责编:梁若昕(实习生)、熊旭)

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