合成型酵母基因组重排技术

张慧 田方方 吴毅

（1. 天津大学 教育部合成生物学前沿科学中心，天津 300072；2. 天津化学化工学院，天津 300072）

基因组变异为物种进化提供了动力。基因组变异的类型主要有单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphisms，SNPs）、插入缺失（Indels）、结构变异（Structural variation，SVs）。基因组的结构变异包括片段缺失、重复、相互移位和反转等，其包含更多的遗传变异信息。基因组结构变异已经被广泛的认为与物种进化、个体间遗传差异、人类疾病以及大量的表型变异相关［1-4］。设计染色体和基因组的全合成是遗传学和生物学研究的新范式，酿酒酵母是真核生物的模式生物，可以作为真核生物染色体系统研究的平台，以验证和拓宽我们对生物体的认知。全化学合成的酿酒酵母染色体上具有对称的loxP 位点，基于Cre-loxP 反应的基因组重排技术可以产生DNA 片段的删除、反转、复制、移位等不同组合的染色体结构变异，实现全基因组序列的重排，丰富了基因型多样性。本文介绍了最近合成型酵母基因组重排的技术开发和其创新应用的进展 （图1）。

图1 合成型酵母基因组重排技术开发与创新应用

1 合成型酵母基因组重排

“人工合成酿酒酵母基因组”计划（Sc2.0）旨在获得第一个完全化学合成的、具有完整生物活性的真核生物基因组［5-12］。通过在合成型染色体非必需基因终止密码子后添加对称的loxP 序列（loxPsym），赋予了基因组柔性可变的功能，可使其间的DNA 片段发生删除、反转、复制、移位等基因组结构变异。

传统的loxP 序列来自P1 噬菌体，全长共计34 bp，左右两端为13 bp 反向回文序列，中间为8 bp间隔序列。……