Dissecting aneuploidy phenotypes by constructing Sc2.0 chromosome VII and SCRaMbLEing synthetic disomic yeast
利用Sc2.0七号合成酵母染色体构建与SCRaMbLE技术解析非整倍体表型
来源：Cell Genomics, Volume 3, 2023, Article ID 100364
《细胞基因组学》，2023年，第3卷，文章编号 100364
摘要
非整倍体可造成基因组失衡，关联胚胎致死、肿瘤发生与衰老，但非整倍体表型成因尚不明确。本研究人工合成酿酒Sc2.0七号染色体（synVII），借助SCRaMbLE重组系统构建合成+天然七号染色体的非整倍体酵母，筛选219株染色体重排突变株。多组学与表型结果证实酵母通过大片段删改染色体、删除特定20kb区域两种方式修复非整倍体生长缺陷，证明染色体剂量和局部关键基因共同决定非整倍体表型，锁定5个核心功能基因。
关键词
酿酒酵母；合成染色体；SCRaMbLE；非整倍体；染色体重排；基因剂量
研究目的
1 完成synVII染色体人工合成与序列缺陷修复。
2 构建稳定的七号染色体二体非整倍体酵母模型。
3 利用SCRaMbLE产生基因组变异，解析非整倍体产生的分子机理。
4 定位调控非整倍体表型的关键基因与染色体区段。
研究思路
1 按照Sc2.0设计方案合成组装synVII，通过菌株表型与转录测试修正序列缺陷。
2 利用可控着丝粒失活技术获得非整倍体二体酵母，验证菌株遗传稳定性。
3 导入Cre重组酶实现SCRaMbLE随机重排，在胁迫条件筛选生长恢复突变菌株。
4 全基因组测序、转录组、蛋白组解析突变株基因组变化与基因表达。
5 基因单点敲除试验验证20kb区段内5个基因的功能。
研究亮点
1 首创合成染色体构建非整倍体的研究体系，实现单染色体定向可控变异。
2 打破单一基因剂量学说，明确染色体拷贝数+特异基因双重调控非整倍体表型。
3 精准定位20kb关键染色体区域与5个靶标基因。
4 发现环状染色体易发生大片段缺失，是酵母缓解非整倍体的天然适应策略。
可延伸的方向
1 陆续构建其余合成染色体对应的非整倍体菌株，系统研究全染色体非整倍体规律。
2 同源基因比对，为人类染色体相关疾病（癌症、染色体畸变病）提供研究参考。
3 依托SCRaMbLE技术改造工业酵母，优化菌种用于发酵生产。
4 深入5个关键基因的调控通路，阐明非整倍体胁迫应答分子机制。
测量的数据及研究意义
1 synVII改造菌株的生长、转录检测数据，来自图1；意义：确定loxPsym插入造成NSR1基因异常，完成合成染色体纠错。
2 非整倍体酵母基因组构型、传代稳定性数据，来自图2；意义：验证二体酵母可稳定传代，满足后续试验模型要求。
3 SCR突变株染色体缺失类型、留存比例与生长恢复数据，来自图3；意义：证实大片段缺失降低基因剂量可修复非整倍体生长缺陷。
4 胁迫下菌株生长、应激基因表达数据，来自图4；意义：从转录层面解释染色体删减逆转非整倍体应激反应。
5 候选区段关联分析、单敲除菌株生长数据，来自图5；意义：确认20kb片段内5个基因是非整倍体表型关键调控因子。
结论
1 经过纠错的synVII功能与天然七号染色体高度相近，构建的二体非整倍体酵母遗传稳定性优良。
2 酵母依靠大范围删除多余染色体、缺失20kb关键片段两种途径改善非整倍体带来的生长劣势。
3 RPS23A、NUP57、COG2、YGR121W-A、YGR122W五个基因是影响非整倍体的核心基因。
4 SCRaMbLE介导形成环状染色体后更易发生大范围基因缺失，是酵母适应染色体数目异常的重要方式。
使用芬兰 Bioscreen仪器测量数据的研究意义
1 Bioscreen全自动定时检测OD值，连续绘制全生长曲线，精准计算菌株倍增时间，规避人工测量误差。
2 同批次统一环境参数，大批量同步测定多株突变体，数据平行性、可信度大幅提升。
3高通量快速筛选大量重组菌株，缩减菌株表型筛选周期。
4 量化单基因敲除前后生长差异，直观验证关键基因对非整倍体的调控作用。