解密物種進化密碼 天津大學合成生物學研究取得新成果
遺傳變異為物種進化提供了動力。但遺傳變異是如何發生的，又將如何影響物種遺傳性狀，改變物種進化方向？天津大學元英進團隊正在揭開物種進化的神秘面紗，該團隊首次發現了由人工基因組重排引發的不同尺度的雜合性缺失現象，揭示了基因組結構變異和非整倍體與酵母雷帕黴素耐受性的基因型-表型關係，為研究物種進化的遺傳基礎提供了新思路。
該成果近日在《中國科學：生命科學》期刊在線發表。
據介紹，合成生物學搭建了從物質到生命的蛻變通道，該技術利用天然或人工生物學元器件對生命的遺傳物質進行設計、改造乃至重新合成，開創了「生命再造」的新紀元。天津大學在我國率先開展合成生物學研究，是我國合成生物學基礎研究領域的重要創新力量，科研成果與世界前沿並跑。
天大合成生物研究團隊成員吳毅介紹，遺傳變異的類型主要有單核苷酸多態性、插入缺失、結構變異和非整倍體等。然而，由於檢測分析困難和人工構建繁瑣，結構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構和功能的進一步認知。此前該團隊的研究發現，人工基因組重排系統能夠在Cre重組酶的作用下發生染色體片段的隨機刪除、複製、翻轉等結構變異，誘導基因組水平的結構重排。該技術的發現對研究大尺度遺傳變異提供了強有力的工具。
此次，研究團隊通過比較兩種不同的進化方式（人工基因組重排進化和天然快速適應性進化）研究了酵母雷帕黴素耐受表型進化的遺傳基礎。以雜合二倍體酵母作為研究對象，首次發現了由人工基因組重排引發的不同尺度的基因組雜合性缺失現象，包括小範圍雜合性缺失、大範圍雜合性缺失和全染色體雜合性缺失。與此相對應，快速適應性進化的菌株中高頻率檢測到基因組非整倍體現象。通過獨立構建相應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黴素耐受增強表型的關係。
研究團隊進一步研究了兩種遺傳變異基因組穩定性的問題，發現非整倍體酵母在非壓力培養條件的基因組不穩定性。該研究以獨特的視角展示了物種進化進程的多樣性，解析了基因組結構變異與表型進化的對應關係，對乳腺癌、視網膜母細胞瘤等雜合性缺失相關癌症的致病機理研究有重要參考價值。
這項工作得到了國家自然科學基金和中國科協青年人才托舉工程的支持。
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