解密物种进化密码 天津大学合成生物学研究取得新成果

新华社天津3月19日电(记者张建新)遗传变异为物种进化提供了动力。但遗传变异是如何发生的,又将如何影响物种遗传性状,改变物种进化方向?天津大学元英进团队正在揭开物种进化的神秘面纱,该团队首次发现了由人工基因组重排引发的不同尺度的杂合性缺失现象,揭示了基因组结构变异和非整倍体与酵母雷帕霉素耐受性的基因型-表型关系,为研究物种进化的遗传基础提供了新思路。

该成果近日在《中国科学:生命科学》期刊在线发表。

据介绍,合成生物学搭建了从物质到生命的蜕变通道,该技术利用天然或人工生物学元器件对生命的遗传物质进行设计、改造乃至重新合成,开创了“生命再造”的新纪元。天津大学在我国率先开展合成生物学研究,是我国合成生物学基础研究领域的重要创新力量,科研成果与世界前沿并跑。

天大合成生物研究团队成员吴毅介绍,遗传变异的类型主要有单核苷酸多态性、插入缺失、结构变异和非整倍体等。然而,由于检测分析困难和人工构建繁琐,结构变异等大尺度遗传变异尚缺乏有效的研究手段,制约着人类对基因组结构和功能的进一步认知。此前该团队的研究发现,人工基因组重排系统能够在Cre重组酶的作用下发生染色体片段的随机删除、复制、翻转等结构变异,诱导基因组水平的结构重排。该技术的发现对研究大尺度遗传变异提供了强有力的工具。

此次,研究团队通过比较两种不同的进化方式(人工基因组重排进化和天然快速适应性进化)研究了酵母雷帕霉素耐受表型进化的遗传基础。以杂合二倍体酵母作为研究对象,首次发现了由人工基因组重排引发的不同尺度的基因组杂合性缺失现象,包括小范围杂合性缺失、大范围杂合性缺失和全染色体杂合性缺失。与此相对应,快速适应性进化的菌株中高频率检测到基因组非整倍体现象。通过独立构建相应杂合性缺失的菌株和非整倍体的菌株,揭示了不同尺度杂合性缺失和八号染色体加倍与雷帕霉素耐受增强表型的关系。

研究团队进一步研究了两种遗传变异基因组稳定性的问题,发现非整倍体酵母在非压力培养条件的基因组不稳定性。该研究以独特的视角展示了物种进化进程的多样性,解析了基因组结构变异与表型进化的对应关系,对乳腺癌、视网膜母细胞瘤等杂合性缺失相关癌症的致病机理研究有重要参考价值。

这项工作得到了国家自然科学基金和中国科协青年人才托举工程的支持。(完)

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