基因組的設計與工程化構建

討論與展望

生命系統的復雜性使其難以分析和操作，對基因組的簡約化設計和工程化構建不僅有利于對生命起源、進化與代謝調控的研究，也為生物技術的應用提供了合適的表達宿主。從基因組簡約化的角度來看，對基因組生存非必需的基因的刪減可能并非人類想象的那么簡單。盡管對于大部分細菌和真菌基因組來說，有?80%—90%?的基因是生存非必需的。但是，這些生存非必需基因，如執行生存必需功能的冗余基因等，在不同程度的簡約化基因組背景下可能是生存必需的。對天然小基因組原核細胞支原體的“自下而上”的人工重構及簡約化設計與功能測試表明，即使是天然已經很緊湊的基因組，仍然可以繼續刪減一些基因，得到更簡約的基因組。但是，目前對簡約基因組的人工設計并沒有很好的策略，更多需要依賴大量的“設計—合成—測試”的工作。對于原核模式生物“自上而下”的基因組的刪減工作也是進展較慢，尤其是大腸桿菌的基因組簡約化工程已進行了近?20?年的研究，不同的課題組從不同的菌株出發進行基因組連續刪減獲得的菌株（基因組僅為約?3?Mbp），均遠遠無法接近理論上的最小基因組（約?300?個基因，大小約?0.3?Mbp）。這表明人類的理性設計簡約化基因組人造生命還處于比較初期的階段。

然而，從其他方面進行基因組的簡約化的成功嘗試，比如對釀酒酵母多條染色體的端粒和著絲粒的刪減，并將天然的?16?條染色體融合為?1?條，使得染色體間及染色體內的相互作用都大大簡約化。這提示我們，天然復雜生命系統是可以通過人工設計和改造進行簡約化并以全新的生命形式表現出來的。（作者：薛小莉 覃重軍，中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所 中國科學院合成生物學重點實驗室?！吨袊茖W院院刊》供稿）

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