我國科學家在環形染色體重排研究方面取得突破進展

近日，《自然·通訊》（Nature Communications）雜志在線發表了我國科學家的研究論文 “Ring Synthetic Chromosome V SCRaMbLE”，證實了人工合成環形染色體在基因型和表型上的連續進化能力，顯示與天然線性染色體相比，人工環形染色體具有更復雜的重排變化規律。該研究是在國家科技計劃支持基礎上，由天津大學元英進牽頭的團隊取得最新突破性進展。

染色體結構變異對生物表型多樣性具有重要的影響。該研究以含有環形5號染色體的單倍體釀酒酵母菌株為模型，利用合成型酵母染色體特有SCRaMbLE系統研究基因組結構變異和進化，揭示了環形染色體可以連續產生復雜的基因組變異和表型優化。

（PDV）的生物合成途徑作為基因組重排的篩選標記，通過誘導環形染色體的基因組重排獲得了非整倍體酵母菌株，PDV產量提升約7倍，并且檢測到1、3、6、12、13和環形5號染色體的非整倍體加倍。

與線性染色體的結構變異相比，環形染色體發生基因組重排后產生了更多的結構變異，包括DNA片段的重復、插入、易位和反轉。該研究檢測到29種非天然存在的新型結構變異，其中有11種和PDV的生物合成提升相關聯；同時，發現未表征基因YER182W的缺失與PDV的產量提升有關（見下圖）。

本研究基于前期人工構建的釀酒酵母環形染色體，利用SCRaMbLE重排進化系統開展環形染色體結構變異與功能分析研究，證實環形染色體的結構變異可以改變染色體數目、結構和組織形式以推動基因組的進化。他們建立的DNA基因型與生物表型關系的研究新模型，有望用于染色體重排、微生物細胞工廠性能提升、生命快速進化和人類染色體異常疾病等研究。