肽度TIMEDOO獲悉，2011年，美國、中國、英國、新加坡、澳大利亞等國啟動“人工合成酵母基因組計劃（Sc2.0 Project）”，旨在重新設計并合成釀酒酵母的全部16條染色體，這是人類首次嘗試對真核生物的基因組進行從頭設計合成。

2023年11月8日，Sc2.0項目最新研究成果在Cell及其子刊發(fā)布，其中，Cell Genomics以封面和專輯形式發(fā)表了多篇研究成果。此次成果發(fā)布標志著世界首個真核生物全部染色體的從頭設計與合成正式完成，合成生物學領域的科學里程碑項目取得重大進展，為未來合成基因組學的研究奠定了重要參考。華大作為中國主要參與單位之一，在整體項目中聯(lián)合合作單位承擔了酵母2號、7號、13號染色體的從頭設計與全合成（300萬堿基），約占項目總合成量的四分之一。

Cell Genomics 封面

Cell Genomics官網截圖

酵母是科學家們研究真核生物生命活動的經典模式生物，其細胞結構和生理過程相對簡單而具有代表性，在人類社會中被廣泛應用于生物降解、食品加工、醫(yī)藥等領域。人工合成酵母基因組，能夠幫助我們更好地理解人類等高等真核生物的基因功能和調控機制，加速合成生物學的產業(yè)應用。

2017年，Sc2.0項目國際協(xié)作組宣布完成酵母5條染色體的從頭設計與全合成，相關成果以封面、?？问桨l(fā)表于Science。這一突破性進展在國際上掀起高度關注，同時，促使我國在基因組設計合成領域達到前所未有的高度，成為繼美國之后第二個掌握真核生物基因組設計構建能力的國家。

Sc2.0項目分工（左）和一期專輯封面（右）

如今，Sc2.0項目國際協(xié)作組完成了酵母剩余共10條染色體的從頭設計與全合成，相關研究成果以專輯和封面文章形式發(fā)表于Cell Genomics。其中，華大聯(lián)合英國曼徹斯特大學與紐約大學醫(yī)學中心等研究團隊完成了酵母7號染色體的從頭設計合成，并構建合成型酵母的非整倍體疾病模型，為染色體異常疾病的研究提供了新策略。此外，英國曼徹斯特大學牽頭，華大參與構建了一條全新的tRNA染色體，獲得了合并多條合成染色體的菌株，相關成果發(fā)表于發(fā)表于Cell。

Cell官網截圖

華大生命科學研究院合成生物學首席科學家沈玥表示：“在深度參與此項大科學項目的過程中，華大建立了真核生物染色體合成的流程方法，形成了相應的技術體系。2017年首期成果發(fā)表之后，得益于華大自主的合成工具和自動化流程，我們實驗的效率、準確性、成功率得到了快速提升，極大縮短了研究周期，團隊也借此開始利用合成型的酵母去開展科學研究和應用示例。”

在華大此次主導完成的7號染色體研究項目中，研究團隊基于合成型酵母，構建酵母非整倍體疾病模型，揭示了非整倍體表型恢復的兩種途徑，并發(fā)現(xiàn)了在表型恢復過程中起到關鍵作用的基因。值得注意的是，本項目中額外多攜帶的染色體為合成型，通過基因組重排工具快速產生遺傳多樣性，為下游的科學與應用研究提供大量的樣本空間，使Sc2.0合成酵母成為剖析非整倍體背后復雜機制的理想模式細胞。

“非整倍體通常指細胞染色體數(shù)目發(fā)生非整倍變化的異常情況，在人類癌癥細胞基因組中普遍存在，與胚胎致死、腫瘤和衰老等疾病息息相關?！比A大生命科學研究院合成生物學平臺主任科學家付憲介紹道，“此項研究中，我們建立了遺傳背景清晰且高度可控的非整倍體研究模型，能夠為后續(xù)研究提供新策略。同時，該模型或有望應用于非整倍體疾病的致病靶點和相關藥物的篩選?！?/p>

非整倍體缺陷表型恢復的兩種途徑

基于自主DNA合成儀的高通量合成平臺

今年恰逢人類基因組計劃宣布完成20周年。Sc2.0項目延續(xù)了人類基因組計劃的“共有、共為、共享”精神，由來自六個國家14所研究機構的200多位跨學科、跨領域的科學家共同負責，本次進展是國際協(xié)作“大科學”科研攻關的又一標志性成果。此外，Sc2.0項目所形成的底層工具和平臺，將為更多“大科學”項目進行賦能，助力基因組學領域的研究高效開展。

華大因參與人類基因組計劃而成立，20多年來，依托全球領先的基因組學技術，華大發(fā)起和參與了多項國際合作的大科學計劃，包括國際千人基因組計劃、地球生物基因組計劃（EBP）、“人類時空組學”大科學計劃等。

華大生命科學研究院院長徐訊表示：“在實踐大科學工程的過程中，華大始終以‘基因科技造福人類’的大目標為導向。我們希望通過大科學工程的全球性合作，攜手國內外研究團隊一起探索關乎人類自身的前沿科學問題，進而推動我們對于生命復雜性和人類疾病的全面認知?！?/p>

未來，在Sc2.0項目成果的基礎上，華大將基于合成生物學高通量平臺的支撐，圍繞合成型酵母開展更深度的研究工作，積極探索其在藥物研發(fā)、醫(yī)療診療、工業(yè)等領域的應用，持續(xù)推動合成生物學從科研走向產業(yè)。

英國曼徹斯特大學蔡毅之教授與華大生命科學研究院沈玥研究員為酵母7號染色體文章的通訊作者。沈玥研究員、王云副研究員、中國科學院大學生命科學學院（華大專項）王悅榮為該論文的共同第一作者。這項工作作為國際合成酵母基因組（Sc2.0）研究的一部分，得到了國家重點研發(fā)計劃、英國生物技術和生物科學研究委員會（BBSRC）、工程與物理科學研究委員會（EPSRC）等眾多項目的支持。

Cell Genomics原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.10.015

Cell原文鏈接：

https://www.cell.com/cell-genomics/fulltext/S2666-979X(23)00147-7

編輯：李麗