2017年3月10日，是令整个人类生命科学领域为之振奋的一天，更是令国人骄傲和自豪的一天。国际顶级学术期刊《科学》杂志重磅推出酵母合成生物特刊，共7篇研究长文，这是继合成原核生物染色体之后的又一里程碑式的突破，开启人类“设计生命、再造生命和重塑生命”的新纪元！

曾参与人类基因组测序计划的中国科学院院士、华大基因理事长杨焕明介绍说：“合成生物学”是继“DNA双螺旋结构发现”和“人类基因组测序计划”之后，以基因组设计合成为标志的第三次生物技术革命！

7篇论文中，有4篇由国内团队主导，包括天津大学元英进课题组两篇，深圳华大基因杨焕明院士和爱丁堡大学Yizhi Cai领导的合作小组一篇，清华大学生科院戴俊彪课题组一篇。此外，另三篇论文分别是由约翰霍普金斯大学Joel S. Bader和纽约大学Jef D. Boeke 、纽约大学Jef D. Boeke、法国巴斯德所Héloïse Muller和 Romain Koszul领导的课题组完成。

“2000年公布的人类基因组测序，中国只承担了百分之一的工作，这次我们完成了酿酒酵母染色体合成的四分之一，可以说是中国在合成生物学领域取得的突破性成果，进一步奠定了我国在这一领域的国际地位。”杨焕明说，“两相比较，不难看出我们在生命科学研究领域的巨大进步。在酿酒酵母设计与合成研究中，我们已由‘跟跑’转为‘并跑’，今后‘领跑’也不是不可能。” 

接下来，我们简单了解一下这7篇革命性的文章（小编已下载了这7篇文章的原文，有需要的朋友可以根据文末方式索取）：

深圳华大基因研究院与英国爱丁堡大学共同完成2号染色体的从头设计与全合成(长770 Kb),合成酵母菌株展现出与野生型高度相似的生命活性。在设计中，华大基因团队简化了原有的基因组，设计了许多特殊的“元件”，增加了人工设计的“开关”，简化了编码，充分展现人类对于基因组编写能力已接近于计算机语言的可用性。2号染色体的文章第一作者，深圳国家基因库合成与编辑平台负责人沈玥指出：“酵母基因组项目的实施使得我们在快速掌握基因组合成相关技术的同时，也搭建了完善的大规模高通量的合成生物学平台。作为国家基因库的公共平台，对整个产业和技术的发展都起到了重要的推动作用。”

在这项工作中，清华大学戴俊彪研究团队设计合成了12号染色体，开发了长染色体分级组装的策略，即首先通过大片段合成序列，在六个菌株中分别完成了对染色体不同区域内源DNA的逐步替换；然后利用酵母减数分裂过程中同源重组的特性，将多个菌株中的合成序列进行合并，获得完整的合成型染色体。针对12号染色体上存在的高度重复的核糖体RNA编码基因簇进行删除及工程化改造，并利用修改后的重复单元在基因组多个位点重建了核糖体RNA编码基因簇。该工作奠定了未来对其他超大、结构超复杂的基因组进行设计与编写的基础，同时也证明了酵母基因组中rDNA（核糖体DNA）区域及其他序列均具有惊人的灵活度与可塑性。

这项工作通过设计合成五号染色体，报道了精确匹配人工设计序列的真核生物染色体（酿酒酵母V号染色体）的化学合成，为理解和评判当前真核生物化学合成染色体的设计原则与设计方法提供了实验验证和数据支持。同时，创建了酿酒酵母人工环形染色体，为研究染色体重排、癌症、衰老、人类染色体异常疾病等提供了新的研究思路和研究模型。天津大学博士生谢泽雄和天津大学国家优青获得者李炳志是本文的共同第一作者。

该工作报道了全化学合成重新设计的真核生物酿酒酵母十号染色体，长达707 Kb，创建了一种高效定位生长缺陷靶点的方法（pooled PCRTag mapping[PoPM]），解决了合成型基因组导致细胞失活的难题，并且提供了一种表型和基因型关联分析的新策略，有助于延伸对基因组和细胞功能的认知；首次报道了精确匹配设计序列的真核生物染色体的化学合成，验证和评判了当前真核生物人工染色体的设计原则。这项研究创建了基因组缺陷靶点快速定位与精确修复方法，解决了化学合成染色体导致细胞失活的难题，所得到的化学合成酵母染色体具备完整的生命活性，能够成功调控酵母的生长，并具备各种环境响应能力。此方法已经成为国际人工基因组合成研究的普适方法。天津大学博士生吴毅和天津大学国家优青获得者李炳志是本文的共同第一作者。

纽约大学Jef D. Boeke教授是酿酒酵母基因组合成计划（Sc2.0计划）的发起人。他领导的课题组负责合成酵母VI号染色体，发现可以通过分析其表型、转录组学和蛋白质组学，来确定在基因组编辑过程中引入的“罕见错误”的存在。

法国巴斯德所Héloïse Muller和 Romain Koszul领导的课题组在这项研究中描述了合成染色体在三维空间中的表现。他们发现，酵母合成中重复序列的删除导致更顺畅的接触模式和更精确的易处理的染色体构象，并且大规模的基因组组织在全局上不受合成染色体的存在的影响。但合成III号染色体和XII号染色体缺乏这些特征。

在这项工作中，研究人员将所有合成染色体整合到酵母基因组中，使一个高度修改的酿酒酵母基因组的大小减少了近8%，1.1MG大小的合成基因组被删除、插入或修改。

相关研究的PDF文档，请加测序君微信（微信号：seqchina，或扫描下方二维码），带你进入基因行业知识学习群并索取文档！

来源：人民网、天津大学官网、华大基因等