摘要
多倍体赋予物种长期进化的灵活性，并且在基因组变异进程中发挥创造性作用。非整倍体和有丝分裂同源重组是多倍体酵母细胞中常见的染色体变异现象，其特征是染色体的删除和大量的基因组重排。构建可人工诱导重排的多倍体酵母菌株，并可视化追踪其进化过程是一个巨大的挑战。 本研究使用合成型多倍体酿酒酵母细胞作为模型，并应用SCRaMbLE（SyntheticChromosomeRearrangementandModificationbyLoxP-mediatedEvolution）基因组重排系统加速携带合成型染色体的多倍体酿酒酵母菌进化，建三倍体酵母基因组重排文库。利用PCRTag检测基因组重排菌株中V号染色体的存在形式，解析发现野生型V号染色体都完全存在。而合成型V号染色体主要呈现出完全删除、部分删除和完全存在三种不同基因型，说明合成型三倍体酵母基因组重排后更易产生基因型多样性。 基于PCRTag开发同源染色体拷贝数检测方法，分析多倍体细胞中合成型V号染色体和同源野生型V号染色体的变异事件。在选定的274个具有野生型适应性的SCRaMbLE突变体文库中，发现合成型V号染色体删除现象较为明显，频率高达71.53%，并且相应的同源野生型V号染色体发生复制，产生3n-1型的非整倍体细胞。利用CRISPR-Cas9方法可控删除合成型V号染色体，人工构建非整倍菌株，证明了三倍体酵母细胞中的非整倍化现象是可以稳定存在的。并通过一系列表型表征的方法，证实了合成型V号染色体的丢失不会影响细胞的正常生长，只会减慢部分细胞的生长速度和改变细胞形态。 此外，本研究还通过建立分析有丝分裂重组方法，检测多倍体重排文库中发生的V号染色体重组事件。研究发现V号染色体的118kb~160kb是发生有丝分裂同源重组的热点区域。这些结果表明，SCRaMbLE为细胞产生染色体间或染色体内重排提供了强大的平台，促进了关于多倍体酵母细胞进化过程的理解。多倍体酿酒酵母细胞通过染色体删除或有丝分裂重组来驱动基因组的进化。通过分析绘制高分辨率全基因组测序图谱能够实现快速而系统的识别染色体的进化，有望为研究癌症基因组的变化提供良好的生物学模型。
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