大片段人类基因组DNA合成与跨物种转移取得突破
本报讯（特约记者 李哲 通讯员 赵晖）合成生物技术全国重点实验室、天津大学合成生物与生物制造学院元英进院士团队实现兆碱基（Mb）人类DNA的精准合成组装与跨物种递送，研究成果论文近日在国际期刊《自然·方法》刊发。该研究揭示了合成基因组在进入受体细胞后被细胞环境识别和重塑的过程，为研究表观遗传修饰的从头建立提供了全新的技术手段，也为染色体异常相关疾病的治疗开辟了新思路。
人类基因组的从头设计与合成面临两大核心技术瓶颈：一是人类基因组中超过50%的区域由高度复杂的重复序列构成，其精确合成与准确组装存在技术难题；二是超大片段DNA的高效跨物种转移尚未突破，这成为合成基因组功能验证的关键技术障碍。
元英进团队最新的研究成果在这两个方面均取得了进展。研究建立了名为SynNICE的技术体系：在酿酒酵母中实现兆碱基且高度重复人类基因组序列的精准从头组装；开发出“酵母核载体”策略，通过发展酵母细胞核体外提取技术，既有效避免了核内染色体DNA的降解，又完整地保留了染色体的高级结构特征，成功实现了Mb级人类基因组DNA向哺乳动物早期胚胎的高效递送。
人类Y染色体关键功能区——无精子症因子a（AZFa）区段的缺失，会导致最严重的男性不育，通过手术获得精子的概率几乎为零。针对该区段，研究人员提出“组合式层级组装策略”：利用酵母同源重组，通过三步逐级拼接方案，成功实现了这一复杂序列（重复序列占69.38%）基因组在酿酒酵母中的高效组装。团队开发出完整酵母细胞核分离技术，能够提取直径仅1微米的细胞核，不仅确保了核内合成染色体不被降解，更维持了其染色质高级结构特征，利用该方法提出的酵母细胞核可冷冻保存6个月以上。研究团队通过显微注射技术，将合成基因组高效递送至具有全能性分化潜能的小鼠早期胚胎，观察到合成基因组在早期胚胎四细胞阶段启动转录。
