元素百科为您介绍酵母人工染色体研究进展报道，首个人工再造真核生命体问世。第一个人工再造真核生命体已经在华大基因及其合作伙伴的实验室里实现了。合成生物学是继“DNA双螺旋发现”和“人类基因组测序计划”之后，以基因组设计合成为标志的又一次突破。实现了基因组“读与写”的贯穿。该计划由美国发起，工作由中、美、英、法等多国共同协作承担，重新设计并化学合成真核生物酿酒酵母的全部16条染色体（1400万个碱基，大小约为人体基因组的5%）。

酵母人工染色体研究进展

2014年，Sc2.0已创建了一个单一的人工酵母染色体。

2017年3月10日出版的国际顶级学术期刊《科学》，以封面的形式同时刊发了中国科学家完成的4条真核生物酿酒酵母染色体的从头设计与化学合成的4篇研究长文。中外科学家们共完成了5条染色体的化学合成，其中中国科学家完成了4条，占完成数量的66.7%，把Sc2.0计划向前推进了一大步。由天津大学、清华大学和华大基因分别完成的这4篇长文，突破了生物合成方面的多项关键核心技术，比如：突破合成型基因组导致细胞失活的难题，设计构建染色体成环疾病模型，开发长染色体分级组装策略，证明人工设计合成的基因组具有可增加、可删减的灵活性等。

其中，元英进带领的天津大学团队完成了5号、10号（synV、synX）染色体的化学合成，并开发了高效的染色体缺陷靶点定位技术和染色体点突变修复技术；戴俊彪研究员带领清华大学团队完成了当前已合成染色体中最长的12号染色体（synXII）的全合成；深圳华大基因研究院团队联合英国爱丁堡大学团队完成了2号染色体（synII）的合成及深度基因型－表型关联分析。

“5号染色体”文章第一作者、天津大学博士生谢泽雄说，在全面推进Sc2.0计划的过程中，我们建立了基于多靶点片段共转化的基因组精确修复技术和DNA大片段重复修复技术，解决了超长人工DNA片段的精准合成难题。同时，我们首次实现了真核人工基因组化学合成序列与设计序列的完全匹配，系统性支撑与评价了当前真核生物的设计原则。该技术的突破为研究人工设计基因组的重新设计、功能验证与技术改进奠定了基础。利用化学合成的酵母5号染色体定制化建立了一组环形染色体模型，通过人工基因组中设计的特异性水印标签实现对细胞分裂过程中染色体变化的追踪和分析，为研究当前无法治疗的环形染色体疾病、癌症和衰老等发生机理和潜在治疗手段提供了了研究模型。此外，我们发展了多级模块化和标准化基因组合成方法，创建了一步法大片段组装技术和并行式染色体合成策略，实现了由小分子核苷酸到活体真核染色体的定制精准合成。”

清华大学的戴俊彪团队，则设计合成了12号染色体。在研究中，他们开发了长染色体分级组装的策略，即：首先通过大片段合成序列，在6个菌株中分别完成了对染色体不同区域内源DNA的逐步替换；然后利用酵母减数分裂过程中同源重组的特性，将多个菌株中的合成序列进行合并，获得完整的合成型染色体。针对12号染色体上存在的高度重复的核糖体RNA编码基因簇进行删除及工程化改造，并利用修改后的重复单元在基因组多个位点重建了核糖体RNA编码基因簇。“该工作奠定了未来对其他超大、结构超复杂的基因组进行设计与编写的基础，同时也证明了酵母基因组中rDNA（核糖体DNA）区域及其他序列均具有惊人的灵活度与可塑性。”戴俊彪表示。

深圳华大基因研究院与英国爱丁堡大学共同完成2号染色体的从头设计与全合成（长770 Kb），合成酵母菌株展现出与野生型高度相似的生命活性。

酵母人工染色体研究价值

现在，大约20年后，合成酵母基因组计划（Sc2.0）拿出了成果，研究人员合成了5个新的酵母染色体。这项成果让Sc2.0的最终目标——重新设计所有的16个酵母染色体，创建完全合成的真核基因组——大大往前推进了一步。