《科学》:科学家首次成功合成酵母染色体

<正>由美、英、法等多国研究人员组成的科研小组27日宣布,他们成功合成了第一条能正常工作的酵母染色体。这一成果被誉为攀上了合成生物学的新高峰,也是向合成人造微生物等生命体迈出的一大步。研究人员在新一期《科学》杂志上报告说,他们利用计算机辅助设计技术,历时7年成功构造了源于酿酒酵母的被称作synIII的染色体,尽管合成的仅仅是酿酒酵母16条染色体中最小的一条,但这是通往构建一个完整的真核细胞生物基因组的关键一步。最让研究人员自豪的是这条染色体被成功整合进活体酵母细胞之中。研究负责人、美国纽约大学的杰夫·伯克说:"携带这条合成染色体的     

酿酒酵母染色体设计与合成研究进展

随着合成生物学的蓬勃发展,基因组学的研究正在由读取基因组信息拓展到以编写基因组信息为主的合成基因组学时代。2009年,由Jef D. Boeke教授提出的人工合成酵母基因组计划(Sc2.0)旨在合成世界上首个真核生物基因组。在美、中、英、法、澳大利亚、新加坡等多国科学家的努力下,目前已经完成1/3的酵母染色体的人工合成。本文从合成基因组学领域的发展历程出发,介绍了Sc2.0计划中酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)染色体设计与合成的最新进展,包括酿酒酵母9号染色体右臂、3号染色体、2号染色体、5号染色体、6号染色体、10号染色体和12号染色体的设计与合成过程,阐述了其各自的合成策略以及生物学意义,以期为合成基因组学的深入开展提供借鉴与参考。     

Latour system精简酿酒酵母染色体方法的建立及应用

酿酒酵母是第一个完成全基因组测序的真核生物,具有广泛的科研应用价值。利用酿酒酵母的全基因组序列可以进行精确的基因定位及敲除,从而达到对其基因组进行精简的目的,为合成生物学最小基因组的研究工作打下基础。根据Latour system 设计敲除所需引物,构建敲除盒,筛选重组体和缺失体,成功敲除酿酒酵母a型单倍体染色体XIII中339301-352281 nt包含的8个基因,为酿酒酵母染色体精简奠定基础,同时证明了Latour system 可以应用于酿酒酵母大片段敲除。     

研发动态

<正>科学家合成首个真核生物染色体纽约大学朗格尼医学中心领导的国际团队合成了首个酵母功能性染色体,这是继人工合成细菌和病毒DNA以来,首次合成一条完整的真菌染色体。研究成果发表在最新一期《科学》杂志上。研究团队将酵母的三号染色体利用计算机辅助设计,重新合成了一个全功能的染色体synIII,其操作包括:     

红色红曲菌M7核型分析与桔霉素、色素基因簇的染色体定位

以红色红曲菌Monascus ruber M7菌株为研究对象,对其核型进行分析,并将桔霉素与色素合成基因簇定位于染色体。通过原生质体制备,以脉冲场凝胶电泳进行核型分析。在此基础上,通过Southern杂交将桔霉素与色素合成基因簇定位于染色体。脉冲场凝胶电泳结果显示,红色红曲菌M7包含大小依次为4.9,4.3,3.7,3.4,3.0,2.3,2.1Mb的7条(I-VII)染色体,基因组大小约为23.7Mb。Southern杂交结果表明,桔霉素合成基因簇位于第IV条染色体上,色素合成基因簇位于第V条染色体上。     

人工合成DNA创造“全新微生物”

<正>英国《自然》杂志1月7日公布的一项合成生物学研究显示,科学家首次将人工合成碱基对插入大肠杆菌的DNA中,且并未影响其生长和复制过程。这一成果向利用合成技术"订制"特定生物组织迈进一步。美国研究人员构建出一种自然界不存在的生物体,它稳定包含一种代号为"X-Y"的人工碱基对。在最新研究中,研究人员合成了一段包含天然碱基对和人工碱基对的DNA,将其插入大肠杆菌细胞中。研究的突破之一是发现了一种特殊的转运分子,这种由一种微藻生成的三磷酸转运蛋白,能够运输人造碱基对进入细胞。结果显示,DNA能以适当的速度和准确度进行复制,被改造的大肠杆菌细胞仍继续生长,人工碱基对也没有被去除。研究负责人、斯克里普     

酿酒酵母细胞器区室化合成化学品的研究进展

公认食品安全的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是合成生物学中被广泛研究的底盘细胞,常作为生产高值或大宗化学品的微生物细胞工厂。近年来,通过各种代谢工程改造策略,已有大量化学品的合成途径在酿酒酵母中建立并优化,且部分化学品具备了产业化价值。作为真核生物,酿酒酵母具有完整的细胞内膜系统及其组成的复杂细胞器区室,而这些细胞器区室往往含有某些化学品合成所必需的较高浓度前体底物(如线粒体中的乙酰辅酶A),或更加充足的酶、辅因子、能量等,可为目标产物的生物合成提供更适宜的物理、化学环境,但同时不同细胞器的结构特点有时也成为特定化合物合成的障碍。为此,研究人员在深入分析不同细胞器自身特点的基础上,结合目标化学品合成途径与细胞器之间的适配度,对细胞器开展了大量针对性改造工作以提高产物合成效率。本文详细综述了酿酒酵母中线粒体、过氧化物酶体、高尔基体、内质网、脂滴和液泡等细胞器的途径改造及优化策略,以及利用细胞器区室化合成化学品的研究进展,并对目前存在的困难和挑战以及未来研究方向进行了总结与展望。     

酿酒酵母单萜合成的研究进展

萜类化合物是以异戊二烯为基本单元的一大类天然化合物,广泛存在于植物、微生物及昆虫中。其中,单萜类化合物主要用于高级香料及化妆品、食品添加剂、杀虫剂、除草剂和新型燃料等的生产,具有广泛的应用潜力。近年来,研究人员已构建出多种萜类化合物的酿酒酵母工程菌株,且通过代谢工程和合成生物学的方法有效提高了产品的产量。但是单萜的微生物合成却相对落后,其中前体供给不足及单萜对微生物毒性强等因素限制了其高效合成。主要从以下几个方面阐述了利用酿酒酵母合成单萜类化合物的目前研究进展:包括单萜合成酶在酿酒酵母中的表达,利用动态调控、蛋白质工程等策略增强酿酒酵母中前体香叶基焦磷酸的合成通量,减少单萜的内源性转化,提高酿酒酵母菌株对单萜的耐受性。在此基础上,结合本课题组的前期工作,针对微生物合成单萜过程中依然存在的瓶颈问题提出可能的解决策略,旨在为进一步优化酿酒酵母单萜合成细胞工厂提供参考。     

第一条人工染色体建成

哈佛医校的两位研究人员Andrew Murray和Jack Szostak建成了世界上第一条能正常工作的人工染色体。酵母细胞忠实地复制了染色体并在细胞分裂时传给他们的子细胞。仅管Szostak对《新科学家》杂志说要应用还有几年,但这一工作为更有效地治疗遗传疾病展现了新的希望。     

Asia1型口蹄疫病毒受体结合位点多样性

摘要：【目的】产甘油假丝酵母作为一株优良高产甘油菌株,已成功应用于工业生产15年。近年来由于产甘油假丝酵母染色体倍性尚不明确,限制了对其进行遗传改造的研究进展,因而我们对产甘油假丝酵母染色体倍性研究,分析确定其染色体倍性。【方法】选用酿酒酵母细胞进行生孢,制备酿酒酵母单倍体细胞作对照,并选用热带假丝酵母作为二倍体酵母细胞对照,利用血球计数板得到热带假丝酵母、产甘油假丝酵母、单倍体及二倍体酿酒酵母细胞数,提取染色体,通过二苯胺检测法测定DNA含量。由于在相同紫外照射条件下单倍体细胞比二倍体细胞更容易死亡,因     

产甘油假丝酵母(Candida glycerinogenes)染色体倍性分析

摘要：【目的】产甘油假丝酵母作为一株优良高产甘油菌株,已成功应用于工业生产15年。近年来由于产甘油假丝酵母染色体倍性尚不明确,限制了对其进行遗传改造的研究进展,因而我们对产甘油假丝酵母染色体倍性研究,分析确定其染色体倍性。【方法】选用酿酒酵母细胞进行生孢,制备酿酒酵母单倍体细胞作对照,并选用热带假丝酵母作为二倍体酵母细胞对照,利用血球计数板得到热带假丝酵母、产甘油假丝酵母、单倍体及二倍体酿酒酵母细胞数,提取染色体,通过二苯胺检测法测定DNA含量。由于在相同紫外照射条件下单倍体细胞比二倍体细胞更容易死亡,因     

一种快速提取真菌染色体DNA的方法

介绍了一种适用于多种真菌染色体DNA的快速提取方法。该方法用石英砂振荡破壁 ,快速便捷地提取真菌染色体DNA ,提取时间仅用 1～ 2h。作者应用该方法成功地提取了粗糙脉胞菌 (Neurosporacrassa)、米曲霉 (Aspergillusoryzae)、羊肚菌 (Morchellaesculcnta)、酿酒酵母 (Saccharomycescervisae)等 4种不同真菌的染色体DNA ,所提DNA片段均大于2 0kb ,可直接用于限制性内     

酿酒酵母生物基化学品转化合成平台的研究进展

<正>酿酒酵母作为极具潜力的细胞工厂。近年来被广泛应用于合成各种生物基化学品的研究。文章介绍了酿酒酵母作为细胞工厂的特点和优势,从拓展底物范围、加强前体物供给以及优化产物合成三个方面介绍了以酿酒酵母作为转化合成平台,生产生物燃料、大宗化学品或精细化学品等的研究进展,并举例介绍了优化丁醇和青蒿素前体青蒿酸及紫穗槐二烯的合成的相关进展。     

酿酒酵母中基于CRISPR/Cas9工具的基因编辑与代谢调控研究进展

CRISPR/Cas9系统已广泛用于各种生物体的基因编辑和代谢工程。本文综述了CRISPR/Cas9在酿酒酵母中的基本原理和实际应用。首先总结了CRISPR/Cas9技术的发展历史、酿酒酵母基因组中基因缺失和多DNA片段插入的成功案例。这一先进的系统减少了劳动力,增强了对分子遗传学的理解,加速了微生物工程的发展。其次总结了基于CRISPR/Cas9的系统在生产高附加值化学品和提高酿酒酵母耐应激性方面的研究进展。该综述对酿酒酵母的遗传和合成生物学研究具有重要的参考价值。     

小麦族三属杂种F1小孢子发生过程中染色体的行为(简报)

利用八倍体小黑麦劲松49和八倍体小滨麦950059杂交合成了小麦-黑麦-滨麦草三属杂种,对不同基因组染色体在三属杂种F1减数分裂和小孢子发育过程中的行为进行了研究.基因组原位杂交(GISH)结果表明劲松49和小滨950059均包含44条小麦染色体和12条外源染色体,三属杂种F1中含有6条黑麦染色体和6条滨麦草染色体.减数分裂过程中黑麦和滨麦草染色体很少与小麦染色体配对.常以单价体形态存在.小孢子中的微核主要由外源染色体组成.在三属杂种F1的花粉发育过程中还发现了染色体浓缩不同步的现象.     

酿酒酵母Cu/ZnSOD基因的克隆和序列分析

超氧化物歧化酶(SOD)是一种十分重要的生物体防御氧化损伤的酶,其制品在医药、食品、化妆品等领域具有广泛应用前景,因此对SOD研究越来越受到学术界的广泛关注,而对微生物SOD的研究又具有特殊的意义和实际应用价值。故本研究对酿酒酵母Cu/ZnSOD基因进行克隆及序列分析,根据酿酒酵母Cu/ZnSOD基因登录号,成功扩增了Cu/ZnSOD基因的编码区序列,并对酿酒酵母Cu/ZnSOD基因的氨基酸序列、编码的蛋白质结构、亲疏水性以及同源进化树进行分析,结果显示,酿酒酵母Cu/ZnSOD基因编码区cDNA长度为462bp,编码154个氨基酸,位于10号(X)染色体622480bp到623090bp区域;Cu/ZnSOD编码的蛋白为亲水性蛋白;酿酒酵母Sod基因与粗糙脉孢菌、烟曲霉菌、白色念珠菌、汉逊德巴利酵母的Sod基因聚在同一个进化树分支上,说明它们的Sod基因之间可能具有较近的亲缘关系。Cu/ZnSOD氨基酸序列中并没有信号肽及跨膜结构域的的存在。本研究将有利于更深入的研究Cu/ZnSOD基因在防御氧化损伤中的关键作用,提高酿酒酵母SOD产率。     

PFGE在真菌基因研究中的应用

IPFGE与连锁群从酿酒酵母脉冲电场电泳研究到医学上重要酵母类真菌的分类,人们已逐渐建立了参数随菌种各异的PFGE电泳条件,以适于不同大小染色体的分离,获得了一系列酵母类及丝状真菌,包括四大纲以及非典型真菌的染色体核型及基因组大小（表1）,并利用已知基因探针进行染色体连锁群的定位。1987年,Sndth等l’吩离得到了粟酒裂殖酵母的3条巨大染色体,使PFGE的分辨能力达到Tgmb,极大促进了该菌株的基因图谱工作的进展。紧接着,他们又得到了假丝酵母类具有种特异性的电泳核型,并成为分子流行病学中酵母类致病真菌的分型依据。…     

合成型酿酒酵母染色体重排技术及应用

人工合成酿酒酵母染色体中引入大量lox Psym位点构成的SCRa Mb LE系统,在Cre重组酶的诱导下可以发生删除、反转、移位、复制等基因组重排,实现基因组的快速进化,为染色体结构变异和功能分析提供全新的研究平台。对合成型酵母染色体重排技术的最新研究和应用进行综述,该技术有望促进酿酒酵母在化学品和医药领域的产业化应用。     

稳定遗传的染色体组合整合酿酒酵母重组菌株的构建

染色体整合表达可获得稳定遗传的基因工程菌,是工业酿酒酵母育种的重要手段。pAUR135整合载体是抗生素标记基因可循环使用的载体,添加特定的同源臂后可构建在酵母染色体上稳定遗传的菌株。目前对酵母菌的分子育种常需要对多个基因进行过表达,利用pAUR135载体可将不同基因分别整合在不同染色体或相同染色体的不同位点,这种组合整合表达方法可对不同基因的表达强度比例进行调节,构建表型优化的工业酿酒酵母菌株。本研究以木糖代谢途径基因为例,构建了3个pAUR135整合载体,将3个木糖代谢基因依次整合到工业酿酒酵母染色体的不同位点,获得了染色体组合整合表达的代谢工程菌株。与将这3个基因整合在同一个位点的对照重组菌株相比,染色体组合整合的重组菌株木糖利用率提高了24.4%–35.5%。多基因染色体组合整合方法从新的角度对工业酵母进行代谢工程改造,所获得的工程菌株不带有任何外来基因和选择标记,可以保持性状的稳定,是工业酿酒酵母分子育种的新方法。     

非常规酵母的分子遗传学及合成生物学研究进展

先进的合成生物学技术与传统的分子遗传学技术的结合更有助于实现酵母底盘细胞的快速改造和优化。酵母合成生物学研究最早开始于常规酵母——酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae),近些年来又迅速扩展至一些非常规酵母,包括巴斯德毕赤酵母(Pichiapastoris)、解脂耶氏酵母(Yarrowialipolytica)、乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)和多形汉逊酵母(Hansenula polymorpha)等。借助合成生物学技术与工具,目前科学家们已经成功开发出了能够高效生产生物材料、生物燃料、生物基化学品、蛋白质制剂、食品添加剂和药物等工业产品的重组非常规酵母工程菌株。本文系统总结了合成生物学工具(主要是基因组编辑工具)、合成生物学组件(主要是启动子和终止子)和相关分子遗传学方法在上述非常规酵母系统(底盘细胞)中的最新研究进展和应用情况,并讨论了其他合成生物学技术在这些非常规酵母表达系统中的潜在适用性和应用前景。这为研究人员利用合成生物学方法在这一新型非模式微生物底盘细胞中设计和构建各种高附加值工业产品的异源合成模块并最终实现目标化合物的高效生物合成提供了科学的理论指导。