基因组的设计与工程化构建

讨论与展望

生命系统的复杂性使其难以分析和操作，对基因组的简约化设计和工程化构建不仅有利于对生命起源、进化与代谢调控的研究，也为生物技术的应用提供了合适的表达宿主。从基因组简约化的角度来看，对基因组生存非必需的基因的删减可能并非人类想象的那么简单。尽管对于大部分细菌和真菌基因组来说，有 80%—90% 的基因是生存非必需的。但是，这些生存非必需基因，如执行生存必需功能的冗余基因等，在不同程度的简约化基因组背景下可能是生存必需的。对天然小基因组原核细胞支原体的“自下而上”的人工重构及简约化设计与功能测试表明，即使是天然已经很紧凑的基因组，仍然可以继续删减一些基因，得到更简约的基因组。但是，目前对简约基因组的人工设计并没有很好的策略，更多需要依赖大量的“设计—合成—测试”的工作。对于原核模式生物“自上而下”的基因组的删减工作也是进展较慢，尤其是大肠杆菌的基因组简约化工程已进行了近 20 年的研究，不同的课题组从不同的菌株出发进行基因组连续删减获得的菌株（基因组仅为约 3 Mbp），均远远无法接近理论上的最小基因组（约 300 个基因，大小约 0.3 Mbp）。这表明人类的理性设计简约化基因组人造生命还处于比较初期的阶段。

然而，从其他方面进行基因组的简约化的成功尝试，比如对酿酒酵母多条染色体的端粒和着丝粒的删减，并将天然的 16 条染色体融合为 1 条，使得染色体间及染色体内的相互作用都大大简约化。这提示我们，天然复杂生命系统是可以通过人工设计和改造进行简约化并以全新的生命形式表现出来的。（作者：薛小莉 覃重军，中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所 中国科学院合成生物学重点实验室。《中国科学院院刊》供稿）

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