深圳先進院金帆團隊設(shè)計合成基因線路幫助精確定量細菌中的基因重排事件
近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院合成所金帆團隊和華中科技大學(xué)楊光團隊合作設(shè)計合成基因線路精確定量細菌中的基因重排事件,相關(guān)研究成果"A Synthetic Genetic Circuit Enables Precise Quantification of Direct Repeat Deletion in Bacteria"發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊ACS Synthetic Biology。中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院博士后黃亞佳為文章的第一作者，深圳先進院助理研究員倪磊、研究員金帆以及華中科技大學(xué)楊光教授為共同通訊作者。
重復(fù)序列廣泛地存在于原核和真核細胞基因組中，定量重復(fù)序列刪除的發(fā)生率是研究DNA重排的重要手段。傳統(tǒng)的基于抗性基因的定量方法需要引入抗生素篩選，不僅會帶來較高的假陽性率，而且抗生素的引入可能影響宿主細胞的生理過程。同時，基于抗性基因的定量方法受限于抗性基因編碼序列的長度，直接影響在重復(fù)序列刪除率定量時對重復(fù)序列長度的定量研究。
針對以上問題和原有方法的不足，深圳先進院合成所金帆團隊設(shè)計了一套基因線路將DNA重排事件直接關(guān)聯(lián)到不同顏色熒光蛋白的表達，再通過高通量單細菌數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析，就可以直接讀出在細菌群體中偶發(fā)的重排事件。實驗結(jié)果表明，在銅綠假單胞菌中，重復(fù)序列刪除率與同源臂的長度呈“S”型關(guān)系，并且在長同源臂時，重復(fù)序列刪除率表現(xiàn)出RecA蛋白依賴性，而在短同源臂時，重復(fù)序列刪除率表現(xiàn)出RecA蛋白非依賴性，抗生素環(huán)丙沙星的加入會顯著提升重復(fù)序列刪除率，但并不影響重復(fù)序列刪除率與同源臂長度的關(guān)系。實驗結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，重組相關(guān)基因uvrD和radA的確實會顯著地提升重復(fù)序列刪除率，并且與RecA蛋白相關(guān)。該基于熒光蛋白的合成基因回路系統(tǒng)為重復(fù)序列刪除率的定量提供了新的方法，也為DNA重排的相關(guān)研究提供了新的思路。
該研究得到了科技部“合成生物學(xué)專項”重大研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金支持以及深圳合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院基金支持。
基因重排事件檢測系統(tǒng)示意圖
