我國科學家在合成酵母中發現了什麼？
2014年，Sc2.0已創建了一個單一的人工酵母染色體。此次國際合作，中外科學家們共完成了5條染色體的化學合成，其中中國科學家完成了4條，占完成數量的66.7%，把Sc2.0計劃向前推進了一大步。
其中，元英進帶領的天津大學團隊完成了5號、10號(synV、synX)染色體的化學合成，並開發了高效的染色體缺陷靶點定位技術和染色體點突變修復技術；戴俊彪研究員帶領清華大學團隊完成了當前已合成染色體中最長的12號染色體(synXII)的全合成；深圳華大基因研究院團隊聯合英國愛丁堡大學團隊完成了2號染色體(synII)的合成及深度基因型-表型關聯分析。
“人工合成基因組的尺度和複雜度的不斷提升，向科學界對生物體運作方式以及生命本質的認知提出了越來越大的挑戰。在基因組尺度的DNA合成中面臨的一個巨大挑戰，是定位人工基因組中影響細胞長勢的序列，即缺陷(bug)。常規的排除缺陷(debugging)的方法有三種，都有費時耗力、效率不高的缺點。”元英進團隊成員、“10號染色體”文章第一作者、天津大學博士生吳毅介紹說：在合成長達770kb(kb：千碱基對)的釀酒酵母10號染色體的過程中，我們創建了基因組缺陷靶點快速定位與精確修復方法，解決了全化學合成基因組導致細胞失活的難題。我們所得到的全合成酵母染色體具備完整的生命活性，能夠成功調控酵母的生長，並具備各種環境響應能力。此方法在化學合成基因組研究中具有普適性，並且作為一種新穎的表型和基因組關聯性分析的策略，有望顯著提升我們對基因組結構和功能的認知。”
“5號染色體”文章第一作者、天津大學博士生謝澤雄說，在全面推進Sc2.0計劃的過程中，我們建立了基於多靶點片段共轉化的基因組精確修復技術和DNA大片段重複修復技術，解決了超長人工DNA片段的精准合成難題。同時，我們首次實現了真核人工基因組化學合成序列與設計序列的完全匹配，系統性支撐與評價了當前真核生物的設計原則。該技術的突破為研究人工設計基因組的重新設計、功能驗證與技術改進奠定了基礎。利用化學合成的酵母5號染色體定制化建立了一組環形染色體模型，通過人工基因組中設計的特異性水印標簽實現對細胞分裂過程中染色體變化的追蹤和分析，為研究當前無法治療的環形染色體疾病、癌症和衰老等發生機理和潛在治療手段提供了了研究模型。此外，我們發展了多級模塊化和標準化基因組合成方法，創建了一步法大片段組裝技術和並行式染色體合成策略，實現了由小分子核苷酸到活體真核染色體的定制精准合成。”
清華大學的戴俊彪團隊，則設計合成了12號染色體。在研究中，他們開發了長染色體分級組裝的策略，即：首先通過大片段合成序列，在6個菌株中分別完成了對染色體不同區域內源DNA的逐步替換；然後利用酵母減數分裂過程中同源重組的特性，將多個菌株中的合成序列進行合併，獲得完整的合成型染色體。針對12號染色體上存在的高度重複的核糖體RNA編碼基因簇進行删除及工程化改造，並利用修改後的重複單元在基因組多個位點重建了核糖體RNA編碼基因簇。“該工作奠定了未來對其他超大、結構超複雜的基因組進行設計與編寫的基礎，同時也證明了酵母基因組中rDNA(核糖體DNA)區域及其他序列均具有驚人的靈活度與可塑性。”戴俊彪表示。
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