天津大學(xué)合成生物學(xué)研究取得新成果

遺傳變異為物種進化提供了動力。但遺傳變異是如何發(fā)生的，又將如何影響物種遺傳性狀，改變物種進化方向？天津大學(xué)元英進團隊正在揭開物種進化的神秘面紗，該團隊首次發(fā)現(xiàn)了由人工基因組重排引發(fā)的不同尺度的雜合性缺失現(xiàn)象，揭示了基因組結(jié)構(gòu)變異和非整倍體與酵母雷帕霉素耐受性的基因型-表型關(guān)系，為研究物種進化的遺傳基礎(chǔ)提供了新思路。

據(jù)介紹，合成生物學(xué)搭建了從物質(zhì)到生命的蛻變通道，該技術(shù)利用天然或人工生物學(xué)元器件對生命的遺傳物質(zhì)進行設(shè)計、改造乃至重新合成，開創(chuàng)了“生命再造”的新紀元。天津大學(xué)在我國率先開展合成生物學(xué)研究，是我國合成生物學(xué)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的重要創(chuàng)新力量，科研成果與世界前沿并跑。

天大合成生物研究團隊成員吳毅介紹，遺傳變異的類型主要有單核苷酸多態(tài)性、插入缺失、結(jié)構(gòu)變異和非整倍體等。然而，由于檢測分析困難和人工構(gòu)建繁瑣，結(jié)構(gòu)變異等大尺度遺傳變異尚缺乏有效的研究手段，制約著人類對基因組結(jié)構(gòu)和功能的進一步認知。此前該團隊的研究發(fā)現(xiàn)，人工基因組重排系統(tǒng)能夠在Cre重組酶的作用下發(fā)生染色體片段的隨機刪除、復(fù)制、翻轉(zhuǎn)等結(jié)構(gòu)變異，誘導(dǎo)基因組水平的結(jié)構(gòu)重排。該技術(shù)的發(fā)現(xiàn)對研究大尺度遺傳變異提供了強有力的工具。

此次，研究團隊通過比較兩種不同的進化方式（人工基因組重排進化和天然快速適應(yīng)性進化）研究了酵母雷帕霉素耐受表型進化的遺傳基礎(chǔ)。以雜合二倍體酵母作為研究對象，首次發(fā)現(xiàn)了由人工基因組重排引發(fā)的不同尺度的基因組雜合性缺失現(xiàn)象，包括小范圍雜合性缺失、大范圍雜合性缺失和全染色體雜合性缺失。與此相對應(yīng)，快速適應(yīng)性進化的菌株中高頻率檢測到基因組非整倍體現(xiàn)象。通過獨立構(gòu)建相應(yīng)雜合性缺失的菌株和非整倍體的菌株，揭示了不同尺度雜合性缺失和八號染色體加倍與雷帕霉素耐受增強表型的關(guān)系。

研究團隊進一步研究了兩種遺傳變異基因組穩(wěn)定性的問題，發(fā)現(xiàn)非整倍體酵母在非壓力培養(yǎng)條件的基因組不穩(wěn)定性。該研究以獨特的視角展示了物種進化進程的多樣性，解析了基因組結(jié)構(gòu)變異與表型進化的對應(yīng)關(guān)系，對乳腺癌、視網(wǎng)膜母細胞瘤等雜合性缺失相關(guān)癌癥的致病機理研究有重要參考價值。