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天津大学(TJU)的一个合成生物学小组报告了基因组重排的新方法和策略，并通过他们在2018年5月22日发表在Nature Communications上的三项最新研究加速了酵母菌株的进化。
这些出版物是化学合成设计师酵母染色体应用努力的一部分。七篇新发表的论文集合来自四个国家七所大学的作者，包括天津大学和中国清华大学，纽约大学(纽约大学)和美国约翰霍普金斯大学，爱丁堡大学和英国伦敦帝国理工学院。 ，以及德国波茨坦大学。
通过LoxP介导的进化(SCRaMbLE)系统结合合成染色体重排和修饰的设计者酵母细胞提供了产生基因型多样性的平台。然而，Cre开关的泄漏表达，高致死率和单应变背景先前限制了SCRaMbLE的应用。为了克服这些挑战，Bin Jia，Yi Wu和合作者在合成单倍体和二倍体酵母中开发了一种精确可控的SCRaMbLE系统。
“如何控制SCRaMbLE过程对于具有特定优势的生物是至关重要的，因为泄漏的SCRaMbLE会降低具有固定表型的菌株的稳定性”，Bin Jia说，他基于GAL启动子的转录控制和细胞内定位构建了遗传AND门。雌激素结合域的结构。该AND门以更高的可靠性执行而没有观察到泄漏。作为概念证明，SCRaMbLE的AND门控制可以增加synV酵母中产生的类胡萝卜素的产量。
“在单倍体酵母中删除含有必需基因的大片段可导致活力丧失，可能会降低SCRaMbLE产生的多样性”，Yi Wu说，他想出了在二倍体菌株中使用SCRaMbLE的想法。该策略允许野生型染色体中的基本等位基因保持完整并成功改善基因组多样性。基于二倍体菌株中SCRaMbLE的精确控制，TJU团队开发了一种称为多重SCRaMbLE迭代循环(MuSIC)的策略，通过SCRaMbLE的5个迭代循环将类胡萝卜素的产量增加至38.8倍。
与来自纽约大学的合作者一起，Yi Wu领导了杂合子和种间的SCRaMbLEing研究。在这项研究中，他们通过将合成酵母菌株与天然菌株交配来报道杂合二倍体的集合。“这样的杂合二倍体菌株采取Sc2.0酵母和野生型的稳健表现型的灵活基因型的优势酵母，”易武说，“这项研究确立了加密可以驱动表型演变杂和种间杂种株”。
此外，Yi Wu，朱瑞英和合作者开发了一种体外DNA SCRaMbLE技术，用于结构多样化的文库构建和生物合成途径优化。“这个系统提供了一种直接的关联表型和基因型的方法，以及一种新的生化优化策略，它可以加速生物发现和生产性工业微生物进化”，Yi Wu说。
“所报告的SCRaMbLE方法可能是增加生物基化学品生产和挖掘深层知识的有力工具”，TJU教授袁英金说，“它对学术和工业应用都具有无可估量的价值”。研究结果尤为重要，TJU的合成生物学团队开始了一个新的长征，旨在加速基因组进化，以改善人类健康，预防和治疗疾病，提供清洁能源和促进可持续发展的环境。
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