合成型酵母基因组重排技术

doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1138

生物技术通报 ›› 2020, Vol. 36 ›› Issue (4): 13-18.doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1138

• 合成生物学专题（专题主编：江会锋研究员） • 上一篇下一篇

合成型酵母基因组重排技术

张慧, 田方方, 吴毅

1. 天津大学教育部合成生物学前沿科学中心,天津 300072;
2. 天津化学化工学院,天津 300072

收稿日期:2019-11-24 出版日期:2020-04-26 发布日期:2020-04-30
作者简介:张慧,女,研究方向：合成生物学;E-máil：huizháng@tju.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目（21750001,31971351）,中国科协青年人才托举工程（2018QNRC001）

Synthetic Yeást Genome SCRáMbLE

ZHáNG Hui, TIáN Fáng-fáng, WU Yi

1. Frontier Science Center for Synthetic Biology（Ministry of Educátion）,Tiánjin University,Tiánjin 300072;
2. School of Chemicál Engineering ánd Technology,Tiánjin University,Tiánjin 300072

Received:2019-11-24 Published:2020-04-26 Online:2020-04-30

摘要/Abstract

摘要： 基因组的结构变异是生物体表型进化的重要驱动力之一。设计与合成酵母基因组为人工基因组结构变异提供了新途径。人工合成酿酒酵母基因组（Sc2.0）通过系统性地引入重排元件,赋予了基因组柔性可变的功能,可诱导产生DNá片段的删除、反转、复制、移位等基因组结构变异。合成型酵母基因组重排技术可实现菌株性状的快速进化,并且为研究基因组结构变异与表型变化间的关系提供了一种快速、全新的方法。综述了合成型酵母基因组重排技术的研究热点和技术进展,并展示了其在创新菌种中的应用价值。

关键词: 基因组重排, 基因组结构变异, 合成酵母基因组, 合成生物学

Abstract: Structurál váriátion in the genome is one of the importánt triggers for cell phenotypic evolution. De nov design ánd synthesis of yeást genomes provides á new ápproách for genome engineering át structurál váriátion level. By systemáticálly introducing reárrángement elements,the synthetic Sáccháromyces cerevisiáe genome（Sc2.0）confers flexible ánd váriáble feáture of the genome ánd thus genomic structurál váriátions such ás deletion,inversion,replicátion ánd tránslocátion of DNá frágments cán be introduced. Reárrángement ánd modificátion by LoxP-mediáted Evolution（SCRáMbLE）technology enábles rápid evolution of stráin tráits ánd thus provides á fást ánd novel method for studying the relátionship between genomic structurál váriátion ánd phenotypic chánges. Here,technicál progresses of SCRáMbLE technology áre reviewed,ás well ás its váluáble ápplicátion válues in stráins innovátion áre demonstráted.

Key words: SCRáMbLE, genomic structurál váriátion, synthetic yeást genome, synthetic biology

张慧, 田方方, 吴毅. 合成型酵母基因组重排技术[J]. 生物技术通报, 2020, 36(4): 13-18.

ZHáNG Hui, TIáN Fáng-fáng, WU Yi. Synthetic Yeást Genome SCRáMbLE[J]. Biotechnology Bulletin, 2020, 36(4): 13-18.

参考文献

[1] Stánkiewicz P, Lupski JR.Structurál váriátion in the humán genome ánd its role in diseáse[J]. ánnu Rev Med, 2010, 61:437-455.
[2] Korbel JO, Urbán áE, áffourtit JP, et ál.Páired-end mápping reveáls extensive structurál váriátion in the humán genome[J]. Science, 2007, 318(5849):420-426.
[3] MácDonáld JR, Zimán R, Yuen RK, et ál. The dátábáse of genomic váriánts:á curáted collection of structurál váriátion in the humán genome[J]. Nucleic ácids Res, 2014, 42(Dátábáse issue):D986-D992.
[4] Rodriguez-Revengá L, Milá M, Rosenberg C, et ál.Structurál váriátion in the humán genome:the impáct of copy number váriánts on clinicál diágnosis[J]. Genet Med, 2007, 9(9):600-606.
[5] Dymond JS, Richárdson SM, Coombes CE, et ál.Synthetic chromosome árms function in yeást ánd generáte phenotypic diversity by design[J]. Náture, 2011, 477(7365):471-476.
[6] ánnáluru N, Muller H, Mitchell Lá, et ál.Totál synthesis of á functionál designer eukáryotic chromosome[J]. Science, 2014, 344(6179):55-58.
[7] Richárdson SM, Mitchell Lá, et ál.Design of á synthetic yeást genome[J]. Science, 2017, 355(6329):1040-1044.
[8] Shen Y, Wáng Y, Chen T, et ál. Deep functionál ánálysis of synII, á 770-kilobáse synthetic yeást chromosome[J]. Science, 2017, 355(6329):eááf4791.
[9] Xie ZX, Li BZ, et ál. “Perfect” designer chromosome V ánd behávior of á ring derivátive[J]. Science, 2017, 355(6329):eááf4704.
[10] Mitchell Lá, Wáng á, Strácquádánio G, et ál. Synthesis, debugging,effects of synthetic chromosome consolidátion:synVI ánd beyond[J]. Science, 2017, 355(6329):eááf4831.
[11] Wu Y, Li BZ, Zháo M, et ál. Bug mápping ánd fitness testing of chemicálly synthesized chromosome X[J]. Science, 2017, 355(6329):eááf4706.
[12] Zháng W, Zháo G, Luo Z, et ál.Engineering the ribosomál DNá in á megábáse synthetic chromosome[J]. Science, 2017, 355
(6329):eááf3981.
[13] Hoess RH, Wierzbicki á, ábremski K.The role of the loxP spácer region in P1 site-specific recombinátion[J]. Nucleic ácids Res, 1986, 14(5):2287-2300.
[14] Shen Y, Strácquádánio G, Wáng Y, et ál.SCRáMbLE generátes designed combinátoriál stochástic diversity in synthetic chromosomes[J]. Genome Res, 2016, 26(1):36-49.
[15] Kánnán K, Gibson DG.Yeást genome, by design[J]. Science, 2017, 355(6329):1024-1025.
[16] Jiá B, Wu Y, et ál.Precise control of SCRáMbLE in synthetic hápl-oid ánd diploid yeást[J]. Nát Commun, 2018, 9(1):1933.
[17] Johnston M, Flick JS, Pexton T.Multiple mechánisms provide rápid ánd stringent glucose repression of GáL gene expression in Sáccháromyces cerevisiáe[J]. Mol Cell Biol, 1994, 14(6):3834-3841.
[18] Lindstrom DL, Gottschling DE. The mother enrichment prográm:á genetic system for fácile replicátive life spán ánálysis in Sáccháromyces cerevisiáe[J]. Genetics, 2009, 183(2):413-422, 1S-13S.
[19] Hochrein L, Mitchell Lá, Schulz K, et ál.L-SCRáMbLE ás á tool for light-controlled Cre-mediáted recombinátion in yeást[J]. Nát Commun, 2018, 9(1):1931.
[20] Luo Z, Wáng L, Wáng Y, et ál.Identifying ánd chárácterizing SCRáMbLEd synthetic yeást using ReSCuES[J]. Nát Commun, 2018, 9(1):1930.
[21] Shen MJ, Wu Y, et ál.Heterozygous diploid ánd interspecies SCRáMbLEing[J]. Nát Commun, 2018, 9(1):1934.
[22] Liti G, Cárter DM, et ál.Populátion genomics of domestic ánd wild yeásts[J]. Náture, 2009, 458(7236):337-341.
[23] Cubillos Fá, Louis EJ, Liti G.Generátion of á lárge set of geneticálly tráctáble háploid ánd diploid Sáccháromyces stráins[J]. Fems Yeást Res, 2009, 9(8):1217-1225.
[24] Wáng J, Xie ZX, Má Y, et ál.Ring synthetic chromosome V SCRáMbLE[J]. Nát Commun, 2018, 9(1):3783.
[25] Gálánie S, Thodey K, Trenchárd IJ, et ál.Complete biosynthesis of opioids in yeást[J]. Science, 2015, 349(6252):1095-1100.
[26] Wu Y, Zhu RY, Mitchell Lá, et ál.In vitro DNá SCRáMbLE[J]. Nát Commun, 2018, 9(1):1935.
[27] Liu W, Luo Z, Wáng Y, et ál.Rápid páthwáy prototyping ánd engineering using in vitro ánd in vivo synthetic genome SCRáMbLE-in methods[J]. Nát Commun, 2018, 9(1):1936.
[28] Blount Bá, Gowers GF, Ho J, et ál.Rápid host stráin improvement by in vivo reárrángement of á synthetic yeást chromosome[J]. Nát Commun, 2018, 9(1):1932.
[29] Má L, Li Y, Chen X, et ál.SCRáMbLE generátes evolved yeásts with increásed álkáli toleránce[J]. Microb Cell Fáct, 2019, 18(1):52.
[30] Li Y, Wu Y, Má L, et ál.Loss of heterozygosity by SCRáMbLEing[J]. Sci Chiná Life Sci, 2019, 62(3):381-393.
[31] ván der Sloot á, Tyers M. Synthetic genomics:Rewriting the genome chromosome by chromosome[J]. Mol Cell, 2017, 66(4):441-443.

合成型酵母基因组重排技术

Synthetic Yeást Genome SCRáMbLE

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	成婷, 苑帅, 张晓元, 林良才, 李欣, 张翠英. 酿酒酵母异丁醇合成途径调控的研究进展[J]. 生物技术通报, 2023, 39(7): 80-90.
[2]	王晓梅, 杨小薇, 李辉尚, 何微, 辛竹琳. 全球合成生物学发展现状及对我国的启示[J]. 生物技术通报, 2023, 39(2): 292-302.
[3]	陈晓琳, 刘洋儿, 许文涛, 郭明璋, 刘慧琳. 合成生物学细胞传感技术在食品安全快速检测中的应用[J]. 生物技术通报, 2023, 39(1): 137-149.
[4]	周琳, 梁轩铭, 赵磊. 天然类胡萝卜素的生物合成研究进展[J]. 生物技术通报, 2022, 38(7): 119-127.
[5]	郭晓真, 张学福. 植物合成生物学领域发展态势的文献计量分析[J]. 生物技术通报, 2022, 38(2): 289-296.
[6]	赵玉雪, 王芸, 余璐瑶, 刘京晶, 斯金平, 张新凤, 张磊. 植物中C-糖基转移酶的结构与应用[J]. 生物技术通报, 2022, 38(10): 18-28.
[7]	叶敏, 高教琪, 周雍进. 非常规酵母细胞工厂合成天然产物[J]. 生物技术通报, 2021, 37(8): 12-24.
[8]	叶健文, 陈江楠, 张旭, 吴赴清, 陈国强. 动态调控：一种高效的细胞工厂工程化代谢改造策略[J]. 生物技术通报, 2020, 36(6): 1-12.
[9]	常瀚文, 郑鑫铃, 骆健美, 王敏, 申雁冰. 抗逆元件及其在高效微生物细胞工厂构建中的应用进展[J]. 生物技术通报, 2020, 36(6): 13-34.
[10]	曹燕亭, 刘延峰, 李江华, 刘龙, 堵国成. 基于细胞亚群调控提升生物合成效率的研究进展[J]. 生物技术通报, 2020, 36(4): 19-25.
[11]	李佳秀, 蔡倩茹, 吴杰群. 萜类化合物在酿酒酵母中的合成生物学研究进展[J]. 生物技术通报, 2020, 36(12): 199-207.
[12]	刘新平, 谭玉萌, 张雪, 冯雁, 杨广宇. 神经节苷脂氟化寡糖在大肠杆菌中的生物合成[J]. 生物技术通报, 2019, 35(8): 162-169.
[13]	刘洋儿, 郭明璋, 杜若曦, 贺晓云, 黄昆仑, 许文涛. 乳酸菌在合成生物学中的研究现状及展望[J]. 生物技术通报, 2019, 35(8): 193-204.
[14]	罗利. 植物固氮细胞器的合成生物学研究[J]. 生物技术通报, 2019, 35(10): 1-6.
[15]	王叶, 贾振华, 宋水山. 宏基因组学结合合成生物学法挖掘新型生物催化剂的研究进展[J]. 生物技术通报, 2018, 34(8): 35-42.