酵母CD！天大合成生物学新进展！

前期，天津大学设计合成了一条254 kb的专用于数据存储的酵母人工染色体（Chen, W., Han, M., Zhou, J., Ge, Q., Wang, P., Zhang, X., Zhu, S., Song, L., and Yuan, Y. (2021). An artificial chromosome for data storage. National Science Review 8, nwab028.），提出一种“采用稀疏化低密度奇偶校验（LDPC）码与伪随机序列的巧妙编码方法”设计并验证了“人工染色体如何以一种稳定且廉价复制的方式用于数据存储”，“突破了目前在单个细胞内仅有几千个碱基的数据存储量”（ X. Lu and T. Ellis，National Science Review 2021 Vol. 8 Issue 7，DOI: 10.1093/nsr/nwab086）。

然而，这种完全外源的信息存储人工染色体的细胞内生物学特性受到广泛关注，如，信息存储人工染色体是否能形成染色质？染色体高级结构如何？是否有转录翻译？

近日，天津大学化工学院元英进课题组与北京大学生科院陶伟课题组合作，在Science China Life Sciences发表了题为“ Exogenous artificial DNA forms chromatin structure with active transcription in yeast”的研究论文(https://doi.org/10.1007/s11427-021-2044-x)，阐释了一条DNA信息存储染色体的表观遗传学、三维组学和转录翻译等方面的系列特征。

研究者证明了在酵母细胞中信息存储人工染色体不是裸露的DNA，而是形成了染色质，并与酵母染色质共同形成Rabl结构；信息存储人工染色体的信息序列耦合了多个与基因高效表达相关的DNA元件，如54个TATA box、36个启动子及多个转录因子结合位点，并伴有转录活跃的组蛋白 H3K4三甲基化修饰；信息存储人工染色体上检测有44个明显的H3K4三甲基化修饰峰（peaks），预示了酵母细胞中dChr可能会有高效转录；进一步通过全长转录组测序（Iso-seq）检测到488个转录本，这些转录本平均长度3.6 kb，明显长于酵母本底基因的平均转录本长度（1.3 kb）；此外LC-MS/MS还证明了信息存储人工染色体并没有产生新的蛋白质或多肽，表明信息存储人工染色体产生了大量的Non-coding RNA(ncRNA)。本研究加深了人们对完全外源的人工染色体在酵母细胞内特性的认识，并将对新一代的信息存储人工染色体的构建具有重要指导意义。

图1. dChr具有的遗传元件

天津大学周见庭、北京大学张超和魏然为该文章的共同第一作者，元英进教授和陶伟教授为通讯作者，中科院大连化物所张丽华研究员课题组参与了蛋白/多肽质谱预测方面的工作，给予了很大帮助。

相关论文链接：

1.SCIENCE CHINA-life sciences https://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-021-2044-x

2. National Science Review

https://doi.org/10.1093/nsr/nwab028

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内容来源 /天津大学化工学院

责任编辑 / 干天伟

底图设计 / 兰宇轩

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