團隊在合成基因組重排方面取得突破

天津大學(TJU)的一個合成生物學小組報告了基因組重排的新方法和策略，并通過他們在2018年5月22日發(fā)表在Nature Communications上的三項最新研究加速了酵母菌株的進化。

這些出版物是化學合成設(shè)計師酵母染色體應(yīng)用努力的一部分。七篇新發(fā)表的論文集合來自四個國家七所大學的作者，包括天津大學和中國清華大學，紐約大學(紐約大學)和美國約翰霍普金斯大學，愛丁堡大學和英國倫敦帝國理工學院。，以及德國波茨坦大學。

通過LoxP介導的進化(SCRaMbLE)系統(tǒng)結(jié)合合成染色體重排和修飾的設(shè)計者酵母細胞提供了產(chǎn)生基因型多樣性的平臺。然而，Cre開關(guān)的泄漏表達，高致死率和單應(yīng)變背景先前限制了SCRaMbLE的應(yīng)用。為了克服這些挑戰(zhàn)，Bin Jia，Yi Wu和合作者在合成單倍體和二倍體酵母中開發(fā)了一種精確可控的SCRaMbLE系統(tǒng)。

“如何控制SCRaMbLE過程對于具有特定優(yōu)勢的生物是至關(guān)重要的，因為泄漏的SCRaMbLE會降低具有固定表型的菌株的穩(wěn)定性”，Bin Jia說，他基于GAL啟動子的轉(zhuǎn)錄控制和細胞內(nèi)定位構(gòu)建了遺傳AND門。雌激素結(jié)合域的結(jié)構(gòu)。該AND門以更高的可靠性執(zhí)行而沒有觀察到泄漏。作為概念證明，SCRaMbLE的AND門控制可以增加synV酵母中產(chǎn)生的類胡蘿卜素的產(chǎn)量。

“在單倍體酵母中刪除含有必需基因的大片段可導致活力喪失，可能會降低SCRaMbLE產(chǎn)生的多樣性”，Yi Wu說，他想出了在二倍體菌株中使用SCRaMbLE的想法。該策略允許野生型染色體中的基本等位基因保持完整并成功改善基因組多樣性?；诙扼w菌株中SCRaMbLE的精確控制，TJU團隊開發(fā)了一種稱為多重SCRaMbLE迭代循環(huán)(MuSIC)的策略，通過SCRaMbLE的5個迭代循環(huán)將類胡蘿卜素的產(chǎn)量增加至38.8倍。

與來自紐約大學的合作者一起，Yi Wu領(lǐng)導了雜合子和種間的SCRaMbLEing研究。在這項研究中，他們通過將合成酵母菌株與天然菌株交配來報道雜合二倍體的集合。“這樣的雜合二倍體菌株采取Sc2.0酵母和野生型的穩(wěn)健表現(xiàn)型的靈活基因型的優(yōu)勢酵母，”易武說，“這項研究確立了加密可以驅(qū)動表型演變雜和種間雜種株”。

此外，Yi Wu，朱瑞英和合作者開發(fā)了一種體外DNA SCRaMbLE技術(shù)，用于結(jié)構(gòu)多樣化的文庫構(gòu)建和生物合成途徑優(yōu)化。“這個系統(tǒng)提供了一種直接的關(guān)聯(lián)表型和基因型的方法，以及一種新的生化優(yōu)化策略，它可以加速生物發(fā)現(xiàn)和生產(chǎn)性工業(yè)微生物進化”，Yi Wu說。

“所報告的SCRaMbLE方法可能是增加生物基化學品生產(chǎn)和挖掘深層知識的有力工具”，TJU教授袁英金說，“它對學術(shù)和工業(yè)應(yīng)用都具有無可估量的價值”。研究結(jié)果尤為重要，TJU的合成生物學團隊開始了一個新的長征，旨在加速基因組進化，以改善人類健康，預防和治療疾病，提供清潔能源和促進可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境。

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