大尺度人类DNA精准合成组装与跨物种递送实现

记者10日从天津大学获悉，合成生物技术全国重点实验室、该校合成生物与生物制造学院元英进院士团队实现大尺度（兆碱基Mb）人类DNA的精准合成组装与跨物种递送，研究成果于当日发表在国际期刊《自然·方法》上。

自21世纪初“人类基因组计划”完成人类染色体测序以来，研究人员便开始追求“从头书写”基因组的能力。但人类基因组的从头设计与合成面临两大核心技术瓶颈，极大地限制了合成基因组学在高等生物中的应用与发展。

元英进团队最新的研究成果在上述两个关键方面均取得了突破性进展。其创新性地建立了名为SynNICE的技术体系。该体系首次在酵母中精准组装了包含大量重复序列的人类DNA大片段；创新性开发“酵母核载体”技术，可完整提取并保存酵母细胞核内DNA；成功将组装好的人类DNA大片段导入小鼠早期胚胎，实验首次观察到这些人工DNA片段在胚胎中被激活并产生调控基因表达的表观遗传标记。

该研究针对人类Y染色体关键功能区——无精子症因子a（AZFa），该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。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在酿酒酵母中的高效组装。

团队突破性地开发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。此外，研究团队还通过显微注射技术，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，并首次观察到合成基因组在早期胚胎四细胞阶段启动转录的现象。

这项研究在国际上实现了Mb尺度人类基因组的从头合成组装、跨物种转移与功能重塑，是人类基因组合成和转移技术的重要进展，对合成人类基因组具有重要意义。