元英进/陶伟合作揭示人工合成染色体的体内活性及信息存储潜力

在数据储存的发展方向中，DNA 存储技术是一个诱人且富有希望的选项。众所周知，DNA 是自然生物储存遗传信息的载体——在细胞核尺度的空间里，就能储存一个物种所有的遗传信息。

DNA 存储的数据密度高到难以想象，一个装满 DNA 的咖啡杯，足以存下全世界所有数据。而且，一旦合成了这些用于存储的 DNA ，它就几乎不会再消耗任何能量，能够长期存储。 

DNA存储技术的独特优势——具有极高的存储密度和容量 此前，科学家们已经在证明能够在 DNA 中写入图像和文本文件，该技术一直在发展，但目前仍面临一些关键挑战，例如如何大幅降低 DNA 合成成本，从何从 DNA 存档中款速、低成本检索、识别和读取内容。

信息存储人工染色体（data-carrying chromosome，dChr）能够以一种稳定且廉价复制的方式用于数据存储。然而，信息染色体的的一维和三维结构、表观遗传修饰状态和表达活性及其与酵母内源染色体的相互关系，尚未进行深入探索。

近日，北京大学生科院陶伟实验室和天津大学化工学院元英进教授实验室合作，在 Science China Life Sciences 期刊发表了题为：Exogenous artificial DNA forms chromatin structure with active transcription in yeast 的研究论文，阐释了一条完全外源的携带图像和语音的数字信息酵母人工染色体的表观遗传学、三维组学和转录翻译等方面的系列特征。

研究证明了在酵母细胞中dChr形成了染色质，并与酵母内源染色质共同形成Rabl结构；dChr信息序列耦合了多个与基因高效表达相关的DNA元件，如54个TATA box、36个启动子及多个转录因子结合位点，并伴有转录活跃的组蛋白 H3K4三甲基化修饰；dChr上检测有44个明显的H3K4三甲基化修饰峰（peaks），预示了酵母细胞中dChr可能会有高效转录；进一步通过全长转录组测序（Iso-seq）检测到488个转录本，这些转录本平均长度3.6 kb，明显长于酵母本底基因的平均转录本长度（1.3 kb）；此外LC-MS/MS还证明了dChr并没有产生新的蛋白质或多肽，表明dChr产生了大量的Non-coding RNA（ncRNA）。

信息人工染色体具有的遗传元件 该研究加深了人们对完全外源的人工信息染色体在酵母细胞内活性的认识，并将对 新一代的信息存储人工染色体 的构建具有重要指导意义。    

天津大学周见庭、北京大学研究生张超和魏然为该文章的共同第一作者，陶伟教授和元英进教授为通讯作者，北京大学李程研究员给与了极大帮助，中科院大连化物所张丽华研究员课题组参与了蛋白/多肽质谱预测方面的工作，给予了帮助。   

该研究得到了国家自然科学基金和科技部重点研发计划的资助。    

论文链接 ： https://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-021-2044-x

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