楊煥明院士：二號染色體的人工合成

2006年， 中國科學院基因組研究所的楊煥明教授等人首先完成了所承擔的3號染色體短臂末端“北京區域”（短臂由標誌D3S3610至端粒區段約3千萬個bp）的測序和分析，

在Nature雜誌公佈了人類3號染色體的DNA測序結果和分析說明， 時隔11年， 包括天津大學、清華大學和深圳華大基因研究院與美國等國家的科研機構公佈了多條釀酒酵母染色體的人工合成， 對此楊煥明教授表示， “如果說基因組測序是‘讀懂生命密碼’， 基因組合成就是在‘編寫生命密碼’， 從讀到寫， 是一個巨大飛躍。 ”

其中楊煥明教授等中國學者與英國愛丁堡大學共同發表的“Deep functional analysis of synII, a 770-kilobase synthetic yeast chromosome”這篇文章完成2號染色體的從頭設計與全合成(長770 Kb)， 合成酵母菌株展現出與野生型高度相似的生命活性。

該論文的第一作者、深圳國家基因庫合成與編輯平臺負責人沈玥介紹說， 科研人員使用“貫穿組學(Trans-Omics)”方法， 從表型、基因組、轉錄組、蛋白質組和代謝組五個層次系統地進行基因型－表現型的深度關聯分析，

證明了人工設計合成的釀酒酵母基因組可增加、可刪減的高度靈活性。

而且華大基因與愛丁堡大學合成的酵母菌株， 不僅與野生型有高度相似的生命活性， 而且對環境的適應性大大加強， 其進化速度呈幾何級提高。

合成生物學(Synthetic Biology)是繼“DNA雙螺旋發現”和“人類基因組測序計畫”之後， 以基因組設計合成為標誌的第三次生物技術革命。 他指出， 生物學界內最重要的分類依據， 既不是植物和動物， 也不是多細胞和單細胞生物， 而是以原核生物和真核生物來區分。 “細菌、病毒等原核生物的基因組相對簡單， 而動物、植物、真菌等等真核生物的基因(DNA)既豐富又複雜，

通常會包含數億至甚至數十億堿基對資訊。 同時， 作為遺傳物質的DNA通常被分配到不同的染色體中， 而這些染色體又深藏在細胞核的特定區域。 所以， 合成一個真核生物的基因組是一項非常艱巨的任務。 但是， 如果生物學真正做到引領技術革命， 合成真核生物基因組技術必將發揮非常核心的作用。 ”

為完成設計和化學再造完整的釀酒酵母基因組， 國際科學界發起了釀酒酵母基因組合成計畫(Sc2.0計畫)， 這是合成基因組學(Synthetic genomics)研究的標誌性國際合作專案。 該專案由美國科學院院士傑夫·伯克發起， 有美國、中國、英國、法國、澳大利亞、新加坡等多國研究機構參與並分工協作， 試圖重新設計並合成釀酒酵母的全部16條染色體(長約12Mb，

1Mb是百萬堿基對)。

2014年， Sc2.0已創建了一個單一的人工酵母染色體。 此次國際合作， 中外科學家們共完成了5條染色體的化學合成， 其中中國科學家完成了4條， 占完成數量的66.7%， 把Sc2.0計畫向前推進了一大步。