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《Cell | 酵母中tRNA新染色体的设计、构建和功能表征》

  • 来源专题：战略生物资源
  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2023-11-13

  • 本文内容转载自“iNature”微信公众号。原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/m_t_d1a1XM8s3vgz689ing

    2023年11月8日，英国曼彻斯特大学的蔡毅之团队在Cell 发表了题为Design, construction, and functional characterization of a tRNA neochromosome in yeast的研究论文，该研究报道了tRNA新染色体的设计、构建和表征，这是一种真核生物体内从零开始人工设计的全新染色体（neochromosome）。

    作为Sc2.0项目的核心设计之一，这条190 kb的tRNA全新染色体容纳了所有275个重新定位的核tRNA基因。为了最大限度地提高其稳定性，设计融入了来自其他真核生物物种的遗传元件。此外，283个rox重组位点的存在使tRNA随机重组（SCRaMbLE）系统成为可能。此外，该研究还进一步通过tRNA测序、转录组学、蛋白质组学、核小体图谱、复制谱、FISH和Hi-C等技术揭示了tRNA新染色体的行为和功能。它的构建证明了酵母模型的可追溯性，并为揭示相关非编码RNA提供了方法。该系统为系统地探索tRNA遗传学，以及tRNA和染色体相互作用提供了一个全新技术平台。

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    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：李康音
    • 发布时间：2023-11-13
    • 本文内容转载自“欣贝莱生物”微信公众号。原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/jWeLCw5KvYBe2SGCFb6VSg 2023年11月8日，Sc2.0项目领导者纽约大学Jef D. Boeke教授团队在期刊Cell发表了题为Debugging and consolidating multiple synthetic chromosomes reveals combinatorial genetic interactions的研究论文，宣布已成功合成酿酒酵母的全部16条染色体（编号为synI到synXVI），并分别创建了16种包含不同合成染色体组合的单倍体酵母菌株，即每个酵母拥有15条天然染色体和1条人工合成的染色体。该成果标志着Sc2.0在人造真核生物生命体研究上的又一里程碑，下一步挑战则是将全部合成染色体组合在一起形成一个全人工的新细胞。 研究利用”内重复交叉“巩固合成染色体，本质上是利用了自然界中的遗传重组规律，即将上述含有单个不同合成染色体的酵母细胞进行杂交，然后在后代中筛选出遗传了两条合成染色体的酵母。经重复交叉获得了含有6.5个人工合成染色体的酵母菌株，他们将该酵母称为syn6.5，其中0.5为synIX号染色体的右臂。在这一过程中，研究团队还利用CRISPR定向双等位基因URA3辅助基因组扫描，以精准定位合成染色体上由特定设计修饰引起的“缺陷”（被称之为bug）。最后，为了加快整合，研究团队采用了染色体替换的方法将最大的一条染色体(synIV)整合进syn6.5细胞中，从而获得了基因组中包含超过50%的人造基因的酵母细胞，称为syn7.5。与Sc2.0项目的其他合成染色体相比，tRNA新染色体在酵母基因组中没有天然的对应模板，因此它是一个完全新设计和构建的人造染色体。
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  • 《Cell | 扩增编辑可实现从短序列到兆碱基和染色体规模的高效、精确 DNA 复制》
    • 编译者：李康音
    • 发布时间：2024-06-29
    • 2024年6月26日，武汉大学医学研究院、中南医院医学研究院、教育部免疫与代谢前沿科学中心、泰康生命医学中心殷昊教授课题组在Cell期刊发表题为Amplification editing enables efficient and precise duplication of DNA from short sequence to megabase and chromosomal scale的研究性论文。该研究研发了一种名为Amplification Editing（AE）的方法，以可编程的方式精确高效地复制从小片段到包含特定染色体大部分区域的基因组序列，是一种高效精确的基因组结构编辑工具，将精准复制的范围从单个基因位点扩展到染色体层面。 首先，研究人员在11个细胞系的多个位点进行了验证。在AE复制长度和效率方面，当复制的DNA长度为20 bp至8 Kb时，AE可进行多次复制，形成串联重复序列。当复制长度为1 Mb时，AE的编辑效率最高达73.0%；复制长度为100 Mb（接近染色体的平均长度）时，效率达到3.4%。通过原位荧光杂交、核型分析、全基因组测序等实验，可以直接观察到染色体区域的复制。在AE编辑的精准度方面，连接处的二代测序和全长的三代测序数据显示，indels均低于1%。其次，研究人员利用AE精准修正了绿色荧光蛋白序列和实现miRNA的内源性过表达。同时，在髓性白血病细胞系K562中建立的α地中海贫血模型，并测试了AE的效果，实现了HBA基因的mRNA水平的提高和 α/γ-珠蛋白比例的上升。这些结果表明AE能够恢复基因表达、扩增miRNA并增加模型细胞系中的α-珠蛋白的表达。 接下来，AE在人源和鼠源干细胞的多个位点均实现了高效精准的短片段和Mb级别编辑，模拟了染色体微重复疾病的基因型，并使用全基因组测序验证了编辑的精准性。这表明AE能够精准构建超大片段复制相关的疾病模型。最后，该研究对AE的机制进行了初步探究。在被抑制细胞周期的RPE-1细胞中，AE的效率降低。在小鼠原代神经元中，AE只可实现短片段的复制。这说明AE在Mb级别的复制依赖于细胞周期。 综上所述，该研究开发了一种名为“Amplification Editing（AE）”的基因组编辑工具，可实现从短片段到染色体长度的精准复制。该工具的开发可促进基因组疾病模型的建立，推动基因进化和癌症机制相关的研究。
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