中国科学家发表Nature主刊文章！SMRT测序技术助力单染色体酵母研究

　　

    2018年8月2日，中国科学家团队于Nature杂志发表合成生物学重要研究成果——Creating a functional single chromosome yeast。该文汇聚了来自中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所的赵国屏团队、覃重军团队、薛小莉团队，以及中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所周金秋团队，武汉菲沙基因信息有限公司，军事医学研究院生物工程研究所赵志虎研究员的共同努力，首次以人工方式合成单染色体酿酒酵母。这项合成生物学的研究，在真核生物进化方面，为探索染色体结构和功能铺平了新的道路。

真核生物的基因组通常含有多个染色体。今天向大家推荐的文章，则利用具有16个线性染色体的单倍体酿酒酵母细胞，根据末端与末端相连的方式，合成了具有功能的单染色体酵母。在融合了16个线性的染色体后，单染色体酵母细胞，其染色体整体的三维结构发生了显著的变化，引起了着丝粒丢失，并且丧失了大多数端粒相关的染色体间相互作用，以及67.4%的染色体内相互作用。然而，单染色体的酵母细胞和野生型酵母细胞具有几乎相同的转录组，并且具有类似的表型特征。巨大的单染色体能够支持酵母细胞的生命活动，但在不同的环境中生长，面对竞争时的生长，配子生产和生存能力方面，则表现出了适应性的不足。

图1：构建单染色体酵母的方案

在这篇文章中，SMRT长读长测序技术也依然发挥了重要的作用。作者构建了20kb的SMRT-bell文库，利用了武汉菲沙基因信息有限公司的PacBio Sequel平台，成功获得了SY14以及BY4742两株酵母的高质量连续的基因组测序结果。运用长读长的单分子测序技术，对成功融合了16个染色体的酵母菌株SY14及其亲代株BY4742进行了完整的全基因组测序，分别达到了320X（BY4742），以及426 X（SY14）的测序深度。同时在组装完成的基因组序列中，实现了无N序列。分别组装得到了单染色体SY14对应的1个contig，以及16条染色体BY4742对应的16个contig。对于基因组rDNA区域中，存在着大量的重复序列，作者运用长读长的SMRT测序技术进行的测序组装。相较于已经报道的S228C参考基因组，作者所组装得到的结果，具有更长的重复序列区域。这也进一步说明了PacBio SMRT测序技术在处理重复序列区域时具有极强的优势。

图2：将16条染色体的BY4742（右）和单染色体的SY14（左）的完整基因组序列进行比较，显示出良好的共线性，证实染色体的排序和方向与设计一致。

在接下来的实验中，作者还运用了Hi-C等技术，对单染色体的酵母基因组进行了更为全面的研究。结合单染色体酵母的功能变化，发现单染色体SY14细胞的转录组几乎与亲本BY4742细胞的转录组相同，但却在功能上出现了更深层次的变化。

武汉菲沙基因信息有限公司
PacBio服务团队

原文信息：

Creating a functional single chromosome yeast. Nature. 2018