本站讯（记者 赵晖）昨日从天津大学获悉，天大合成生物学团队在基因组设计合成方面取得新进展，开发了一种名为HAnDy的大尺度DNA便捷组装和转移一体化技术，并从头设计合成了一条包含542个异源基因的长达1.024Mb的功能拓展型酵母染色体，研究成果发表在CellResearch（细胞研究）期刊。

该研究开发了一种在二倍体酵母中选择性删除一套基因组的方法，实现了不需要自然减数分裂过程的快速单倍体化。在此基础上，团队开发了一种易于使用的大尺度DNA组装和递送技术——HAnDy (Haploidization based DNA Assembly and Deliveryin yeast基于酵母单倍体化的DNA组装与转移)，该方法可以高效地组装和递送大尺度DNA。与其他组装策略相比，HAnDY是一种易于使用、与组装片段尺寸无关的组装方法，无需任何繁琐的体外操作。此外，该方法还可以通过在交配过程中选择性地消除供体菌株的基因组以作为一种酵母间大尺度DNA转移方法。

设计-组装-转移Mb级功能拓展酵母染色体

天津大学合成生物学团队长期致力于酵母染色体设计合成方面的研究，2017年该团队在Science杂志上发表两篇研究型论文报道了酿酒酵母V号和X号染色体的设计合成。在最新的工作中，该团队整合了1011株酿酒酵母的基因信息，设计合成了一条长达1.024Mb包含542个异源基因的功能拓展型染色体(synAC)。与Sc2.0合成型酵母染色体不同，synAC不使用天然基因组作为其设计的模板，按照功能相关基因聚类、正交染色体重排以及引入精确编辑系统的设计原则，直接利用大量异源基因和调控元件，从头模块化设计了一条Mb（兆）级功能拓展型染色体。利用5轮的HAnDy并行组装流程，团队成功实现了1.024Mb的功能拓展型染色体的便捷组装，并将其直接转移到6个系统发育不同的酵母中。SynAC作为一种可移动的功能拓展染色体能够迅速促进宿主的适应性，弥补宿主的生长适应缺陷，使宿主获得耐高温、戊二酸利用、重金属耐受的生长适应性，增强宿主对渗透压、低温等的耐受性。此外，synAC显著拓展了宿主的代谢网络，增强了宿主的生物合成能力。该研究促进了大尺度DNA的组装和递送，以扩展和破译复杂的生物功能。

美国、中国、瑞典等国家科学院、工程院院士、诺贝尔奖评审委员会委员 Jens Nielsen以研究亮点ResearchHighlight（Cell Res 34, 273–274 (2024)）的形式对该工作进行了高度评价，认为本论文开发的组装与递送技术克服了传统大片段DNA操纵的瓶颈，是“state-of-the-art”（当前最先进）的方法，为更大尺度DNA（>10 Mb）的操纵铺平了道路；同时设计构建了迄今为止最大的功能拓展型染色体，提供了一种赋予和解析菌株复杂性状的全新方法。

天津大学合成生物学团队元英进和吴毅为论文共同通讯作者，天津大学中国竞彩网博士研究生马渊为论文的第一作者。该工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41422-024-00934-3

（编辑 赵晖 王淑敏）