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(jìn)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(jìn)化方向？天津大學(xué)元英進(jìn)團(tuán)隊正在揭開物種進(jìn)化的神秘面紗，該團(tuán)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(jìn)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(jìn)行設(shè)計、改造乃至重新合成，開創(chuàng)了“生命再造”的新紀(jì)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(tuán)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(jìn)一步認(rèn)知。此前該團(tuán)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(jī)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(qiáng)有力的工具。

此次，研究團(tuán)隊通過比較兩種不同的進(jìn)化方式（人工基因組重排進(jìn)化和天然快速適應(yīng)性進(jìn)化）研究了酵母雷帕霉素耐受表型進(jìn)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(jìn)化的菌株中高頻率檢測到基因組非整倍體現(xiàn)象。通過獨(dú)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(qiáng)表型的關(guān)系。

研究團(tuán)隊進(jìn)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(dú)特的視角展示了物種進(jìn)化進(jìn)程的多樣性，解析了基因組結(jié)構(gòu)變異與表型進(jìn)化的對應(yīng)關(guān)系，對乳腺癌、視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤等雜合性缺失相關(guān)癌癥的致病機(jī)理研究有重要參考價值。