《水平基因轉移對釀酒酵母基因組進化和表型性狀的影響》是依託浙江大學，由鄭道瓊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水平基因轉移對釀酒酵母基因組進化和表型性狀的影響
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：鄭道瓊
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水平基因轉移（Horizontal Gene Transfer，HGT）如何影響真核生物的基因組變異和適應性進化是極其前沿和重要的生物學命題，也是有關套用研究（如轉基因技術）所依賴的重要基礎。本項目擬以真核模式微生物釀酒酵母為研究對象，從分子、生理代謝和細胞表型三個水平系統探討HGT對酵母基因組進化和表型性狀的影響。研究內容包括：（1）在申請者前期已完成多株釀酒酵母基因組測序組裝的基礎上挖掘HGT基因；（2）比較基因組分析HGT事件對酵母染色體結構和基因池的影響；（3）RNA-Seq、生化分析和分子遺傳操作等方法檢測HGT基因的表達特性和生物學功能；（4）比較分析HGT基因突變株（敲除或過表達）與野生型菌株對不同環境脅迫耐性和發酵能力上的差別。課題目標的實現，不僅在理論上可以完善真核生物的遺傳進化機制，同時對構建具優良性狀的工業酵母菌株和評估基因工程微生物的性能具重要現實意義。
結題摘要
水平基因轉移的概念是相對於親代與子代間的垂直基因轉移提出的，是指不同物種之間或單個細胞內部細胞器之間所進行的遺傳物質的交流。這種轉移可發生在細菌、古細菌及真核生物之間，作為推動物種進化的重要動力，對生物基因組進化表現出深刻的影響，是當前生命科學領域的研究熱點。釀酒酵母是生命科學研究中重要的模式生物和工業微生物，本項目運用高通量測序技術解析了10株在我國乙醇發酵工業上有重要套用的釀酒酵母基因組信息，在全基因組水平挖掘了不同菌株間基因池差異以及50餘個水平轉移基因的序列與功能注釋。同時運用多種分子遺傳學操作、酶活檢測、基因表達和表型分析等技術考察了10餘個水平轉移基因的表達模式與生物學功能，特別是對酵母菌株乙醇發酵相關性狀的影響。最後在分子遺傳水平探索了水平轉移基因的發生與演變機制，證實了DNA複製壓力在誘導染色體DNA斷裂、重組、和促進水平轉移基因進化中的作用。課題組所取得的研究結果和數據不僅對創新釀酒酵母的育種技術、選育高脅迫耐性與高乙醇發酵性能的優良工業菌株具有重要的實際指導意義，也獲得了一系列具工業套用潛力的釀酒酵母菌株，並與合作單位開展了中試水平的研究。同時，由於基因組不穩定現象與水平基因轉移在生物表型進化中發揮了重要的作用，本項目開展的關於DNA複製壓力如何推進大範圍的染色體重組和環狀DNA的產生對闡明腫瘤等疾病的發生機制也具有一定的理論參考價值。此外，該項發展了以Illumina高通量測序為基礎的在二倍體酵母細胞中高效檢測染色體重排與雜合性丟失的分析技術，為同行的相關研究提供了較好的借鑑。近三年，項目相關研究成果在《PNAS》和《mBio》等國際知名刊物上發表論文8篇，在投稿SCI論文3篇，授權國家發明專利3項，為課題組後續進一步揭示生物基因組進化與微生物育種技術創新的研究工作奠定了重要的理論與技術基礎。
