北京大学生命科学学院焦雨铃课题组与合作者完成首个多细胞植物染色体的部分设计与合成
2024/03/21
620合成基因组学通过设计与合成重塑基因组，既可以探索基因组的组织规律，也是改造基因组、创造人工生命的底盘技术。随着人们对基因组认识的不断深入和DNA合成技术的不断进步，合成基因组学已成为科学探索新前沿。非细胞生物和原核生物都已实现了基因组的人工合成。2023年11月，国际酵母基因组合成计划（Sc2.0）宣布第二阶段重大进展，完成了全部16条染色体和一条特殊设计的tRNA新染色体的设计与合成。然而，多细胞生物基因组庞大，表观遗传调控复杂，难以转化和定向重组DNA大片段，难以实现个体再生，给多细胞生命的基因组合成带来了极大挑战。
2024年1月26日，北京大学生命科学学院焦雨铃课题组和中国农业科学院深圳农业基因组所戴俊彪课题组、中国科学院遗传发育所钱文峰课题组、中国科学院大学汪颖课题组等合作在Nature Plants在线发表了题为“A designer synthetic chromosome fragment functions in moss”的论文。该研究重新设计了染色体序列，极度简化了基因组，对内源序列进行了大幅删减（55.8%），并加入了人工标签。该研究进一步合成并组装了设计序列，并在小立碗藓体内完成了约1/3染色体臂的替换。所获合成株系能够正常生长，合成区域的表观遗传景观也能够正常重新建立。
论文截图
模式生物小立碗藓的再生效率高、单倍体世代占主导，且具有较高的同源重组能力。因此，研究团队选择了小立碗藓作为多细胞生物基因组合成的底盘，尝试合成基因较少的18号染色体短臂。
图1. 小立碗藓18L人工合成基因组序列设计示意图
该研究选取了小立碗藓18号染色体上一段约155kb 的序列进行合成。采用的设计策略如图1所示。首先对基因组进行简化，删去重复序列，保留编码区以及上游和下游的序列。此外，所有终止密码子被替换成TAA，为以后密码子扩充做铺垫。设计还移动了部分基因的位置。在合成大片段的两侧（浅蓝色部分）具有与内源序列相同的1kb同源序列，用于体内重组替换。此外，合成序列中加入了抗性基因，用于筛选。通过重新设计，155kb的基因组片段被缩减至约68kb。
对基于以上原则设计的大片段，作者通过体外化学合成、大片段组装和植物体内同源重组实现人工序列对天然序列的替换（图2）。经过多轮组装和转化尝试，该研究最终获得了完全替换成功的合成株系semi-syn 18L。PCR检测和重测序分析都证明了目标大片段的成功替换。对合成株系semi-syn 18L的表型观察、抗逆性检测表明，合成株系和野生型在各个发育阶段表型类似，对高盐和干旱耐受性也无明显差异。
图2. 小立碗藓基因组大片段合成、组装和替换重组流程示意图
多细胞生物具有复杂的表观遗传景观，为研究合成区域的表观遗传景观能否正常建立，该研究使用ChIP-seq，ATAC-seq，WGBS，Hi-C等技术分析并对比了合成型株系和野生型小立碗藓的表观遗传图谱。在合成株系中，与重复序列相关的H3K9me2标记基本丢失，整体DNA甲基化率也显著降低。合成区域中转录激活性表观遗传标记正常建立并略有升高，染色质开放性与基因表达也有所提高。Hi-C显示合成株系中合成区域和周边区域基因形成了新的染色质环，周边区域基因的表达量也略有升高。总而言之，表观遗传景观能够在合成区域正常从头建立，但基因组的三维组织模式出现微小变化。
图3. （a）半合成型小立碗藓（semi-syn 18L）在合成区域中组蛋白修饰与野生型的对比；（b）半合成型小立碗藓（semi-syn 18L）在合成区域及周边区域染色质环分布与野生型对比
该研究大幅删除了内源重复序列，极度简化了基因组，并加入了其他设计元件形成了全新的人工设计与合成的染色体序列；研究在小立碗藓体内完成了约1/3染色体臂的人工合成与替换，为进一步开展更大范围的合成苔藓基因组计划（SynMoss）奠定了技术基础，并为多细胞生物的基因组合成铺平了道路。
中国科学院遗传与发育生物学研究所博士后陈连阁博士、北京大学前沿交叉学科研究院博士研究生兰天龙、中国科学院遗传与发育生物学研究所博士研究生张硕以及深圳大学生命与海洋科学学院博士后赵孟楷博士为该论文的共同第一作者。北京大学生命科学学院焦雨铃教授、中国农科院深圳农业基因组研究所戴俊彪研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所钱文峰研究员以及中国科学院大学生命科学学院汪颖副教授为该论文的共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委员会、深圳市和中国博士后科学基金等项目的支持。
鏂囩珷鏉ユ簮北京大学新闻网锛屽垎浜彧涓哄鏈氦娴侊紝濡傛秹鍙婁镜鏉冮棶棰樿鑱旂郴鎴戜滑锛屾垜浠皢鍙婃椂淇敼鎴栧垹闄ゃ
-
2025骞存櫤鑳藉厜瀛愬涓庡簲鐢ㄦ妧鏈浗闄呭 06-10
-
2025骞8鏈堜紭璐ㄥ鏈細璁帹鑽 589
-
2025骞寸鍗佷簩灞婅兘婧愪笌鐜鐮旂┒鍥介檯 400
-
2025骞存満姊板伐绋嬶紝鏂拌兘婧愪笌鐢垫皵鎶鏈 559
-
2025骞磋绠楁満绉戝銆佸浘鍍忓垎鏋愪笌淇″彿 553
-
2025骞存潗鏂欏寲瀛︿笌鐕冩枡鐢垫睜鎶鏈浗闄 493
-
绗竷灞婄簿绁炵梾瀛﹀浗闄呭ぇ浼(CP 202 08-01
-
绗竷灞婅侀緞鍖栦笌鑰佸勾鍖诲鍥介檯瀛︽湳浼氳( 08-01
-
绗崄鍥涘眾蹇冪悊瀛︿笌鍋ュ悍鍥介檯瀛︽湳鐮旇浼( 08-01
-
绗竷灞婃祴缁樹笌鍦扮悊淇℃伅鍥介檯鐮旇浼(CS 08-01
-
绗竷灞婂ぇ姘斾笌娴锋磱绉戝鍥介檯鐮旇浼(SA 08-01
-
绗崄涓灞婂湴璐ㄧ伨瀹崇爺绌朵笌闃叉不鍥介檯瀛︽湳浼 08-01
-
绗崄鍏眾鍦拌川鍜屽湴鐞冪墿鐞嗗鍥介檯浼氳(I 08-01
-
绗竷灞婄粏鑳炵瀛︿笌鍐嶇敓鍖诲鍥介檯鐮旇浼( 08-01
-
绗竷灞婂悎鎴愮敓鐗╁涓庣敓鐗╁尰瀛﹀浗闄呯爺璁ㄤ細 08-01
绗笁灞婄數鍔涖佺數缃戜笌鍌ㄨ兘鍥介檯瀛︽湳浼氳(PGES.
2025绗簩灞婃満鐢典竴浣撳寲銆佹満鍣ㄤ汉涓庢帶鍒剁郴缁熷浗.
绗簩灞婂伐涓氳嚜鍔ㄥ寲涓庢満鍣ㄤ汉鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圛AR.
绗簩灞婁汉宸ユ櫤鑳姐佸厜鐢靛瓙瀛︿笌鍏夊鎶鏈浗闄呯爺璁ㄤ細.
绗簩灞婂湡鏈ㄥ伐绋嬬粨鏋勪笌娣峰嚌鍦熸潗鏂欏浗闄呭鏈細璁紙.
绗簲灞婄數姘斿伐绋嬩笌璁＄畻鏈烘妧鏈浗闄呭鏈細璁紙IC.
2025骞翠汉宸ユ櫤鑳戒笌璁＄畻绀句細绉戝鍥介檯鐮旇浼氾紙.
2025骞存櫤鑳借澶囦笌鑷富绯荤粺鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圛.
2025骞存櫤鑳藉厜瀛愬涓庡簲鐢ㄦ妧鏈浗闄呭鏈細璁紙.
2025骞寸敓鎴愬紡AI涓庢暟瀛楀獟浣撹壓鏈浗闄呭鏈細.
绗竷灞婂湡鏈ㄥ伐绋嬨佺幆澧冭祫婧愪笌鑳芥簮鏉愭枡鍥介檯瀛︽湳浼.
绗叚灞婅绠楁満瑙嗚涓庢暟鎹寲鎺樺浗闄呭鏈細璁紙IC.
绗簲灞婅兘婧愩佸姩鍔涗笌鐢垫皵宸ョ▼鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圗P.
2025骞寸涓冨眾鍏堣繘璁＄畻鏈虹瀛︼紝淇℃伅鎶鏈笌閫.
2025骞寸數姘斿伐绋嬩笌鏅鸿兘鐢电綉鍥介檯瀛︽湳浼氳 (.
绗洓灞婂浘鍍忓鐞嗐佺洰鏍囨娴嬩笌璺熻釜鍥介檯瀛︽湳浼氳锛.
2025绗簲灞婁汉宸ユ櫤鑳姐佽嚜鍔ㄥ寲涓庨珮鎬ц兘璁＄畻鍥.
绗簩灞婃満鍣ㄤ汉涓庡厛杩涘埗閫犳妧鏈浗闄呭鏈細璁紙RA.
绗笁灞婁汉宸ユ櫤鑳戒笌鑷姩鍖栨帶鍒跺浗闄呭鏈細璁紙AI.
绗叚灞婁俊鎭瀛︿笌骞惰銆佸垎甯冨紡澶勭悊鍥介檯瀛︽湳浼氳.
2025骞寸浜斿眾浜哄伐鏅鸿兘锛岃嚜鍔ㄥ寲涓庣畻娉曞浗闄呬細.
2025骞寸鍥涘眾閫氫俊锛屼俊鎭郴缁熶笌鏁版嵁绉戝鍥介檯.
2025骞存暟鎹瀛︿笌鏅鸿兘绯荤粺鍥介檯浼氳(DSI.
2025骞寸浜屽眾IEEE浜氭床鍏堣繘鐢垫皵涓庣數鍔涘伐.
-
2025鏈鏂癑CR鍒嗗尯鍙婂奖鍝嶅洜瀛1939
-
濂藉鏈:绉戠爺缃戝潃瀵艰埅|瀛︽湳澶存潯鍒468
-
銆婃椂浠ｆ妧鏈嬫姇绋垮叏鏀荤暐锛氫竴浣嶅绋499
-
2025骞村浗闄呮湡鍒婇璀﹀悕鍗曞彂甯!600
-
2025骞翠腑绉戦櫌鏈熷垔鍒嗗尯琛ㄩ噸纾呭彂3957
-
涓闄㈠凡姝ｅ紡鍙戝竷2024骞撮璀︽湡861
-
2025骞村害鍥藉鑷劧绉戝鍩洪噾椤圭洰727
-
涓浗绉戝崗銆婇噸瑕佸鏈細璁洰褰曪紙202733
-
2024骞村浗瀹惰嚜鐒剁瀛﹀熀閲戦」鐩瘎1138
-
2024骞碕CR褰卞搷鍥犲瓙姝ｅ紡鍙戝竷1214
-
鍚夋灄澶у鏍￠暱寮犲笇锛氬鏈細璁腑鐨勬彁1391
-
SCI璁烘枃鎻掑浘鍏ㄦ敾鐣ワ細浠庤鑼冭В鏋08-01
-
鍥介檯瀛︽湳浼氳鍙傚姞缁忛獙鏄庝箞鏍风殑鍛08-01
-
鎺犲ず鎬т細璁槸鎬庝箞杩涜鍒ゆ柇鐨勫憿锛熲08-01
-
SCI璁烘枃鎶曠ǹ璐规庝箞浜わ紵202408-01
-
北京邮电会议中心 23029
-
数环云创（北京）科技有限公司 8242
-
湖北依埃斯威广告有限公司 23099
-
澳門大學 23978
-
武汉美亚会展服务有限公司 20899
-
云南博海会展有限公司 24040
-
百奥泰会议大连有限公司 2050
-
北京大学计算机系 18133
-
哈尔滨正元会议服务有限责任公司 23146
-
江氏美容连锁机构 18102
-
电子科技大学 20980
-
武汉青博盛学术服务有限公司 1973
-
上海聚亿展览服务有限公司 21007
-
上海顺展展览服务有限公司 7927
-
安徽中设国际会展 7966
-
鄂尔多斯九盟集团 18000
-
EW 8054
-
中国电子商务案例中心 2093
-
IAASE 21040
-
武汉大学软件工程国家 18069
