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2011年，美国、中国、英国、新加坡、澳大利亚等国启动“人工合成酵母基因组计划（Sc2.0 Project）”，旨在重新设计并合成酿酒酵母的全部16条染色体，这是人类首次尝试对真核生物的基因组进行从头设计合成。

2023年11月8日，Sc2.0项目最新研究成果在Cell 及其子刊发布，其中，Cell Genomics以封面和专辑形式发表了多篇研究成果。此次成果发布标志着世界首个真核生物全部染色体的从头设计与合成正式完成，合成生物学领域的科学里程碑项目取得重大进展，为未来合成基因组学的研究奠定了重要参考。华大作为中国主要参与单位之一，在整体项目中联合合作单位承担了酵母2号、7号、13号染色体的从头设计与全合成（300万碱基），约占项目总合成量的四分之一。

Cell Genomics 封面

Cell Genomics官网截图

酵母是科学家们研究真核生物生命活动的经典模式生物，其细胞结构和生理过程相对简单而具有代表性，在人类社会中被广泛应用于生物降解、食品加工、医药等领域。人工合成酵母基因组，能够帮助我们更好地理解人类等高等真核生物的基因功能和调控机制，加速合成生物学的产业应用。

2017年，Sc2.0项目国际协作组宣布完成酵母5条染色体的从头设计与全合成，相关成果以封面、专刊形式发表于Science。这一突破性进展在国际上掀起高度关注，同时，促使我国在基因组设计合成领域达到前所未有的高度，成为继美国之后第二个掌握真核生物基因组设计构建能力的国家。

Sc2.0项目分工（左）和一期专辑封面（右）

如今，Sc2.0项目国际协作组完成了酵母剩余共10条染色体的从头设计与全合成，相关研究成果以专辑和封面文章形式发表于Cell Genomics。其中，华大联合英国曼彻斯特大学与纽约大学医学中心等研究团队完成了酵母7号染色体的从头设计合成，并构建合成型酵母的非整倍体疾病模型，为染色体异常疾病的研究提供了新策略。此外，英国曼彻斯特大学牵头，华大参与构建了一条全新的tRNA染色体，获得了合并多条合成染色体的菌株，相关成果发表于发表于Cell。

Cell官网截图

华大生命科学研究院合成生物学首席科学家沈玥表示：“在深度参与此项大科学项目的过程中，华大建立了真核生物染色体合成的流程方法，形成了相应的技术体系。2017年首期成果发表之后，得益于华大自主的合成工具和自动化流程，我们实验的效率、准确性、成功率得到了快速提升，极大缩短了研究周期，团队也借此开始利用合成型的酵母去开展科学研究和应用示例。”

在华大此次主导完成的7号染色体研究项目中，研究团队基于合成型酵母，构建酵母非整倍体疾病模型，揭示了非整倍体表型恢复的两种途径，并发现了在表型恢复过程中起到关键作用的基因。值得注意的是，本项目中额外多携带的染色体为合成型，通过基因组重排工具快速产生遗传多样性，为下游的科学与应用研究提供大量的样本空间，使Sc2.0合成酵母成为剖析非整倍体背后复杂机制的理想模式细胞。

“非整倍体通常指细胞染色体数目发生非整倍变化的异常情况，在人类癌症细胞基因组中普遍存在，与胚胎致死、肿瘤和衰老等疾病息息相关。”华大生命科学研究院合成生物学平台主任科学家付宪介绍道，“此项研究中，我们建立了遗传背景清晰且高度可控的非整倍体研究模型，能够为后续研究提供新策略。同时，该模型或有望应用于非整倍体疾病的致病靶点和相关药物的筛选。”

非整倍体缺陷表型恢复的两种途径

基于自主DNA合成仪的高通量合成平台

今年恰逢人类基因组计划宣布完成20周年。Sc2.0项目延续了人类基因组计划的“共有、共为、共享”精神，由来自六个国家14所研究机构的200多位跨学科、跨领域的科学家共同负责，本次进展是国际协作“大科学”科研攻关的又一标志性成果。此外，Sc2.0项目所形成的底层工具和平台，将为更多“大科学”项目进行赋能，助力基因组学领域的研究高效开展。

华大因参与人类基因组计划而成立，20多年来，依托全球领先的基因组学技术，华大发起和参与了多项国际合作的大科学计划，包括国际千人基因组计划、地球生物基因组计划（EBP）、“人类时空组学”大科学计划等。

华大生命科学研究院院长徐讯表示：“在实践大科学工程的过程中，华大始终以‘基因科技造福人类’的大目标为导向。我们希望通过大科学工程的全球性合作，携手国内外研究团队一起探索关乎人类自身的前沿科学问题，进而推动我们对于生命复杂性和人类疾病的全面认知。”

未来，在Sc2.0项目成果的基础上，华大将基于合成生物学高通量平台的支撑，围绕合成型酵母开展更深度的研究工作，积极探索其在药物研发、医疗诊疗、工业等领域的应用，持续推动合成生物学从科研走向产业。

英国曼彻斯特大学蔡毅之教授与华大生命科学研究院沈玥研究员为酵母7号染色体文章的通讯作者。沈玥研究员、王云副研究员、中国科学院大学生命科学学院（华大专项）王悦荣为该论文的共同第一作者。

这项工作作为国际合成酵母基因组（Sc2.0）研究的一部分，得到了国家重点研发计划、英国生物技术和生物科学研究委员会（BBSRC）、工程与物理科学研究委员会（EPSRC）等众多项目的支持。