合成生物学
合成生物学
我国高校自2007年以来陆续开始参加iGEM赛 事，共有北京大学、清华大学、中国科技大学、
天津大学、中国药科大学、北京师范大学、上海
交通大学、厦门大学、复旦大学、华东理工大学、
浙江大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学、中
山大学、北京科技大学、武汉大学、中国海洋大 学等17所高校先后派队参加角逐，其中成绩突出 的包括中国科技大学、浙江大学、清华大学、北 京大学、天津大学、上海交通大学等，2011年共 有17支队伍参加亚洲区竞赛，浙江大学获得冠军 后参加全球竞赛获得第三名。
❖ 国际基因工程机器大赛（iGEM）始于2003年，是 一年一度在美国麻省理工学院举行的、关于全新领 域“合成生物学”的国际性竞赛。每年，MIT会为 各参赛队伍提供一份包含数百份被称为生物砖 （Biobrick）的模块化的标准化的生物调控元件。 各队经过自行设计和模型分析，将其中所需的生物 砖植入活体细胞来构建一个全新的生物机器。在过 去数年中，参赛队伍设计并实现了数十种新颖的生 物机器，包括砷元素探测器、生物照相机、生物振 荡器等等。
❖ 软件的翻译速率定量预测模型以及辅助的生物学实验在一些 新兴学科和领域（如合成生物学，系统生物学等）的发展上 都有较大意义。其翻译速率定量化模型不仅推动了生物元件 的标准化和特征化，使得生物技术和过程更加工程化，同时 还为基因网络的构建和系统预测提供了必要支撑。
谢 谢！
合成生物学与iGEM
内容
❖ 合成生物学的发展 ❖ iGEM的介绍 ❖ 基因编译器
合成生物学的发展
合成生物学是通过人工设计和构建自然界中不存在的生 物系统来解决能源、材料、健康和环保等问题的新兴学科。 随着基因组技术的快速发展，合成生物学领域的进展很快， 发表论文数快速攀升，我国对这个学科的贡献也在不断提高 (见表1)。2010年完成的化学合成支原体基因组的研究使合 成生物学的研究成为新的国际科技前沿。但是，从事合成生 物学的科学家们都是从各自的研究领域进行新的基因功能的 合成创造，却从来没有人想过是否可以像搭积木一样进行模 块化定向设计合成并加以重用，从而高效实现特定的设计目 标。这是合成生物学持续发展中面临的重要挑战。
合成生物学的技术
合成生物学的技术合成生物学是一门集合生物学、工程学和计算机科学的交叉学科领域，通过设计、构建和优化人工合成的生物系统，实现对生物学体系的控制和改造。
这项技术彰显出了巨大的潜力，能够为医药、环境、能源和农业等领域带来革命性的变革。
本文将围绕合成生物学的技术原理、应用领域和未来发展进行深入探讨。
第一部分：合成生物学的技术原理合成生物学的核心技术包括基因合成、基因编辑、代谢工程和系统生物学等。
基因合成指的是利用化学合成的方法制备DNA序列，使得科学家们可以设计并创造出全新的生物体。
基因编辑是指通过CRISPR-Cas9或其他技术，对细胞内的基因进行精准编辑和改造，从而获得特定的基因表达和功能。
代谢工程则着重于利用微生物合成产生具有特定功能的化合物，比如药物或者生物燃料等。
而系统生物学则是通过对生物体系的整体理解和建模，来解析生物学问题并进行系统的优化和设计。
第二部分：合成生物学的应用领域合成生物学的技术已经广泛应用于医药、环境、能源和农业等领域。
在医药领域，合成生物学为新药物研发提供了新的途径，通过基因合成和编辑，科学家可以设计并制备出针对特定疾病的药物和治疗方法。
在环境领域，合成生物学可以帮助人类解决水污染、大气污染等环境问题，通过微生物的代谢工程和生物降解，可以降解有害物质和污染物。
在能源领域，合成生物学可以利用光合作用和微生物合成的生物燃料，为替代传统石油燃料提供了新的可能性。
在农业领域，合成生物学可以帮助改良种子、提高农作物抗逆能力、生长速度和产量，从而促进粮食安全和农业可持续发展。
第三部分：合成生物学的未来发展随着技术的不断进步，合成生物学领域的发展前景十分广阔。
一方面，随着基因合成、基因编辑和代谢工程技术的不断成熟，我们将能够更加精确地设计和合成生物系统，进一步拓展合成生物学技术的应用范围。
随着系统生物学的理论和实践的深入，我们将更好地理解和控制生物体系，为生物技术的创新和发展提供更为可靠的理论和方法。
合成生物学的原理和应用
合成生物学的原理和应用一、合成生物学的基本概念合成生物学是一门综合了生物学、工程学和计算机科学的学科，它的核心目标是通过模块化和系统化的方法来设计和构建新的生物体系。
合成生物学通过对基因组的工程和改造，实现对生物体系的可控制、可预测和可重复的调控，进而为生物科学的研究和应用提供了新的工具和思路。
二、合成生物学的原理合成生物学依托于基因工程技术和计算机科学方法，通过对DNA序列的设计和合成，构建出具有特定功能的生物模块，再通过组装和调试，实现更复杂的生物体系的构建。
合成生物学的原理可以概括为以下几点：1.DNA设计和合成：合成生物学首先需要对生物体系的DNA进行设计和合成。
通过计算机辅助设计（CAD）软件，合成生物学家可以对DNA序列进行编辑、修改和合成，从而实现特定的功能。
2.模块化建设：合成生物学将复杂的生物体系拆分成多个模块，在模块的级别上进行设计和构建。
每个模块都具有特定的功能和互操作性，可以独立运行或组装成更复杂的系统。
3.组装和调试：通过将各个模块进行组装和调试，合成生物学家可以构建出更复杂的生物体系。
组装和调试过程需要精确控制模块之间的相互作用和信号传递，确保整个系统的正常运行。
4.反馈和优化：合成生物学的设计和构建过程是一个反馈和优化的过程。
通过实验数据和模型模拟的比对，合成生物学家可以不断优化设计，提高生物体系的性能和稳定性。
三、合成生物学的应用领域合成生物学的应用已经涉及了很多领域，包括但不限于以下几个方面：1.医学应用：合成生物学在医学领域的应用非常广泛。
例如，通过合成微生物表面展示特定抗原，可以用于疫苗的生产；通过合成产生特定酶和抗体，可以用于药物的研发和生产等。
2.农业应用：合成生物学可以应用于农业领域，提高作物的产量和抗逆性。
通过改造作物的基因组，可以提高作物对病虫害的抗性、耐盐性和耐旱性等。
3.环境保护：合成生物学可以应用于环境保护和生态恢复领域。
例如，合成微生物可以用于清除地下水中的有害物质；合成植物可以用于修复污染土壤等。
合成生物学的研究与应用
合成生物学的研究与应用合成生物学，是指把生物学研究的结果和技术应用到工程学领域，通过基因的改变和重组，实现对生物体的控制和调节。
合成生物学是一项新兴的科技领域，它已经吸引了越来越多科学家、工程师和医学专家的关注。
本文将介绍合成生物学的研究与应用。
一、合成生物学的基础合成生物学的基础是基因工程技术。
基因工程技术是一项利用分子生物学的知识和技术，在体外对DNA进行切割、连接和重组，实现对生物体基因组的改变和调节的技术。
通过基因工程技术，科学家们可以创造出新的生物体，或者改变现有生物体的性状和功能。
二、合成生物学的主要研究方向1. 基因组工程基因组工程是指对生物体所有或部分基因组进行编辑和重构的过程。
近年来，人们使用CRISPR/Cas9等技术，成功对多种生物体的基因组进行编辑，包括微生物、小鼠、恐龙等。
这种方法可用于可持续生产胰岛素、其他药物和工业酶，或创建可再生传染病疫苗的微生物库。
2. 合成基因回路合成基因回路是指基于基因表达信号的功能模块，可实现对细胞活动的改变和控制。
在合成基因回路中，基因或蛋白质与其他基因或蛋白质成为复杂的互动网络，从而产生特定的功能或指令。
合成基因回路可应用于细胞的生产力改进、药物开发以及环境保护等领域。
例如，目前的工业酵母利用合成基因回路系统可以实现更高效的酵母生产，这种生产方法比化学合成更安全、可持续和环保。
3. 遗传元件遗传元件是指可以改变遗传信息、影响基因表达和调节细胞代谢的DNA或RNA序列。
这种方法可以用于容器或平台构建，以了解基因的功能，并创造出新的蛋白质，以进行生物学研究和应用。
通过构建遗传元件，人们可以进一步研究基因表达调控，开发出更为高效、可控、精准的药物、微生物感应器等。
三、合成生物学的应用1. 生物能源生产利用生物体中的代谢途径生成高能量产物，并将其转换成生物燃料。
微生物是可持续生产生物能源的理想场所，使用合成生物学技术对这些微生物进行工程处理，将有望提高生产效率。
合成生物学的优势及弊端
合成生物学的优势及弊端合成生物学，这个听起来有点高大上的名词，实际上就是把生物学和工程学结合在一起，让我们可以“设计”生物体，就像玩拼图一样。
不过，别以为这是个轻松的活儿，里面可是有很多门道的。
想想看，如果我们能把植物变得更耐旱，或者把细菌改造成能吃塑料的“清道夫”，这多酷啊！但是，优势可不是光鲜亮丽的一面，弊端同样得好好琢磨琢磨。
咱们来聊聊优势。
合成生物学可以帮助我们解决一些棘手的全球性问题。
比如说，粮食安全。
随着人口的增长，吃的东西得越来越多。
通过基因改造，我们能种出更高产、更抗病的作物，基本上就是把农田变成金矿。
这不就是老话说的“种瓜得瓜，种豆得豆”吗？咱们还可以让植物在极端气候下生长，真的是“天无绝人之路”。
这技术还可以应用在医疗上哦，科学家们正在研究用改造过的细胞来治疗疾病，简直是给我们打了一针强心剂。
再说了，合成生物学的魅力在于创新，人人都能发挥创意，未来的科学家们可能会在车库里搞出什么新玩意儿，谁也说不准。
但是，咱们不能光看好的一面，得正视风险。
合成生物学的一个大问题就是它可能会导致不可预知的后果。
想想看，如果某种改造过的细菌意外逃出实验室，变成了“超级细菌”，那可真是个“麻烦”的事。
科学家们也在考虑伦理问题，这些基因改造的生物到底该不该放到自然界里？这可是事关生态平衡的大事。
就像我们小时候玩火，烧得正欢的时候，可能就把家里的树烧了。
这种“无意间”的后果，真的让人心惊。
合成生物学还可能引发社会的不平等。
那些大企业可能会垄断技术，穷人可就只能“望洋兴叹”了。
想象一下，若干年后，只有富人才能吃上“基因增强”的食物，而穷人只能在地摊上买便宜货，岂不是“贫富差距”越来越大？再加上，如果有些人利用这些技术做坏事，那就真的得不偿失了。
你说，生活中总有些“坏蛋”在“捣鬼”，这种事情绝不能小觑。
说到这里，咱们再来看看合成生物学在环境保护上的潜力。
比如，用合成生物学来开发新型的环保材料，能不能让塑料变得“听话”，在阳光下就分解？这就像把坏孩子教乖一样，谁不想看到这样的局面呢？再有，改造微生物，让它们能处理污水，这个主意是不是很赞？就像给地球洗澡一样，把污染物都“吸干净”。
合成生物学导论
合成生物学导论合成生物学导论合成生物学是一项跨学科的科学研究，它将工程和计算机科学的方法与生物学相结合，旨在设计和构造新的生物体和生物系统。
它是一门快速发展的新兴学科，为生物技术和医疗技术的进步提供了大量可能性。
1. 合成生物学的起源合成生物学的概念来源于20世纪末的分子生物学和基因工程技术的发展。
它的起源可以追溯到20世纪50年代，当时科学家们开始探索将基因从一种生物体移植到另一种生物体的可能性。
在此基础上，科学家们逐渐掌握了基于DNA重组的技术，为合成生物学提供了理论基础。
2. 合成生物学的研究方向合成生物学的研究方向涉及诸多领域，其中包括：（1）DNA合成：利用基因合成技术，合成人工DNA，为生物体的基因编辑和改造提供了底层支撑。
（2）生物元件：开发和改造各种生物元件，以构建更多样化的生物系统，实现各种不同的生理功能。
（3）人工细胞：通过基因编辑和改造，利用人造DNA构建和设计人工细胞，为生物医疗和技术诊治提供可能性。
（4）系统生物学：结合计算机科学和数学等学科，模拟和构建生物系统，进行合成生物学的理论与计算研究。
3. 合成生物学的应用前景合成生物学的研究成果有广泛的应用前景，其中包括：（1）生物能源：利用合成生物学技术设计和构造更有效的生物能源系统，为现代生物燃料的发展提供可能性。
（2）医疗保健：利用合成生物学技术设计和构造更多样化的人工组织和器官，为医疗保健的发展提供可能性。
（3）环境保护：利用合成生物学技术设计和构造更为精确和高效的处理和清理污染的生物系统。
（4）科学技术：合成生物学的技术也可以应用于其他领域，如计算机科学、材料科学等等。
4. 合成生物学的挑战和发展趋势虽然合成生物学的技术快速发展，但仍然面临一些挑战，其中包括：如何更好地适应生命系统的非线性和复杂性，如何理解和准确模拟体内生物调节过程，以及如何确保合成生物系统的可控性和稳定性等问题。
合成生物学的发展趋势是多样化和创新化，如利用更多元化的生物系统元件，发展更加精细控制的调控机制，以及对于长链RNA的精细进行设计和调控等等。
合成生物学的概念
合成生物学的概念
合成生物学是一门基于工程学和生物学的交叉学科，旨在通过设计和构建新的生物系统，来解决现实中的问题和挑战。
它的主要目的是利用现代基因工程技术和计算机技术，构建出一些新的生物体系，来实现人类社会对于生命科学的各种需求。
合成生物学的主要研究内容包括：
1. 设计和构建基因组：合成生物学家们可以通过改变基因组结构和功能，来创造出新的生物体系。
2. 设计和构建代谢途径：合成生物学家们可以利用基因工程技术，来构建出新的代谢途径，从而实现对人类社会的一些需求。
3. 设计和构建细胞：合成生物学家们可以利用基因工程技术，来构建出新的细胞体系，从而实现对人类社会的一些需求。
例如，设计生产有用药物的细胞。
4. 设计和构建生态系统：合成生物学家们可以利用基因工程技术和计算机技术，来构建出新的生态系统，从而实现对人类社会的一些需求。
总之，合成生物学是一门非常重要的交叉学科，它可以为人类社会带来很多实际应用，例如新药物的研发、新工业的建立、新能源的开发等等。
它在今后的发展中，将会扮演着越来越重要的角色。
- 1 -。
合成生物学
枯草芽胞杆菌利用QS系统对细胞的发育进行调控 当营养丰富、菌体稀少时向感受态方向发展； 营养贫乏菌体密度高时向芽胞方向发展。
15.4 展望
2004年合成生物学被美国MIT出版的《技术评论》评为“将改变世 界的10大新技术之一”。
美国生物经济研究协会2007年发表了题为《基因组合成和设计未来： 对美国经济的影响》的研究报告。
生命体代谢途径的重新构建
微生物载体生产外源蛋白，目前人类利用E.
coli生产1000多种人类蛋白。
代谢途径改造----调节核心组件优化途径 不同的生物学途径提取出来 优化整合到宿主细胞 合成目标化学物质
1. 生物质能和乙醇发酵微生物
E. Coli 的乙醇代谢重组菌：
具有五碳糖和六碳糖代谢酶系 混合酸发酵 乙醇耐受能力低
将这些器件逐级设计构建组合成具有特定功能的生 物系统。
器件 device
生物部Байду номын сангаас part
模块 module
系统
system
合成生物学的研究方向
1、创建新的基因调控模块和线路
各种蛋白质、DNA、RNA的相互作用形成复杂的 表达调控网络。通过构建非天然的基因调控模块 设计构建细胞生命活动的分子网络。
1.人工构建合成生命体 2002年 Wimmer小组脊髓灰质炎病毒的合成 Venter 合成噬菌体基因组和生殖道支原体基因组
Venter的实验
三个步骤：合成、组装和移植
合成 ：
蕈状支原体的基因组是一条大片段的DNA分子，序列是 A、T、G、C四种脱氧核糖核苷酸的排列组合。
通过实验确定维持其生命周期的最小基因组，并加上4个 “水印基因”作为标记。
4. 利用合成生物学生产新能源 Kaslling利用13个可逆的酶促反应组合起来创
合成生物学 定义
合成生物学定义合成生物学是一门综合了生物学、工程学和计算机科学的新兴学科，它致力于通过合成和改造生物分子、细胞和生物系统来创造新的生物功能和应用。
合成生物学的出现，为生物科学和工程技术的发展带来了革命性的影响。
本文将从合成生物学的定义、研究内容、应用领域等方面进行阐述。
合成生物学是一门新兴的跨学科研究领域，它将生物学、工程学和计算机科学有机地结合在一起，通过对生物系统的合成和改造，来构建具有新功能的生物体。
合成生物学的核心思想是将生物系统看作是工程系统，通过对生物部件的设计、组装和优化，来实现特定的功能和应用。
合成生物学的研究内容非常广泛，涉及到分子生物学、细胞生物学、遗传学、生物化学等多个学科领域。
其中，合成基因工程是合成生物学的重要组成部分，它通过改造生物体的基因组，来创造新的生物功能和应用。
合成基因工程可以通过基因的合成、插入、删除和改造，来实现对生物体的精确操控和调控。
合成生物学的应用领域非常广泛，包括医药、能源、环境保护、农业等多个领域。
在医药领域，合成生物学可以用于合成新型药物、生产蛋白质药物、疫苗和抗体等。
在能源领域，合成生物学可以用于生产生物燃料、生物塑料和生物化学品等。
在环境保护领域，合成生物学可以用于处理废水、净化空气、修复环境污染等。
在农业领域，合成生物学可以用于改良农作物、提高农产品产量和质量等。
合成生物学的发展离不开技术的支持。
目前，合成生物学已经发展出了一系列的技术平台和工具，如基因合成技术、DNA组装技术、高通量筛选技术、基因编辑技术等。
这些技术的发展和应用，为合成生物学的研究和应用提供了强大的支持。
然而，合成生物学也面临着一些挑战和问题。
首先，合成生物学涉及到大量的基因操作和生物实验，存在一定的风险和伦理问题。
其次，合成生物学的研究和应用需要大量的人力、物力和财力支持，科研成本较高。
此外，合成生物学的研究和应用需要充分考虑生物系统的稳定性、安全性和可控性等问题。
总的来说，合成生物学是一门具有广阔前景的学科，它通过合成和改造生物分子、细胞和生物系统，来创造新的生物功能和应用。
合成生物学的技术
合成生物学的技术合成生物学是一门融合生物学、工程学和计算机科学的新兴领域，其主要目标是通过重新设计和构造基因、代谢通路以及细胞器等生物分子和系统，创造新的生物体系，以解决生物医学、环境保护、能源生产和农业等方面的问题。
在合成生物学领域，涉及的技术涵盖了基因编辑、DNA合成、代谢工程等多个领域，下面将对合成生物学的技术和应用做一详细介绍。
一、基因合成和定向进化基因合成是合成生物学的关键技术之一，它允许科学家根据需要设计、合成和插入新的基因组序列到宿主生物体中。
传统的基因组编辑技术需要依赖于自然界的遗传变异路径来进行基因改造，受限于自然选择和突变的局限性。
而基因合成技术可以快速、准确地构建特定序列的DNA，大大加快了基因编辑的速度和灵活性。
基因合成技术还可以配合定向进化技术，通过人为干预多样性集成和选择的过程，促使目标蛋白质特性的持续改进和优化。
这种方法广泛应用在生物医学、工业生产和农业领域，比如可以通过合成新的酶类来提高工业生产的效率，或者构建耐逆境农作物以提高农业产量。
二、引物合成和PCR技术引物合成是合成生物学中的重要技术之一，它用于多种DNA检测和测序技术中的引导序列。
引物合成技术的不断发展，使得引物的设计和合成更加精准和高效，为PCR技术等核酸检测方法提供了更可靠的工具。
PCR技术是分子生物学领域的基础技术，其原理是通过DNA聚合酶不断地扩增目标DNA 序列，使其数量大幅度增加。
合成生物学的引物合成技术为PCR的快速、高效和精准提供了重要的支持，为基因检测、疾病诊断和遗传分析等领域提供了有效的技术手段。
三、代谢工程和合成生物学产品代谢工程是合成生物学的核心技术之一，它通过改造细胞代谢通路，调控代谢产物的合成与分泌，从而创造出一系列有机物质和药物。
代谢工程技术已经成功应用于乳酸菌、酵母菌和大肠杆菌等微生物中，使它们能够高效、大规模地合成酶类、抗生素、生物柴油等产品。
合成生物学产品的广泛应用，不仅提高了产品的生产效率和品质，同时也促进了新产品的发现和开发。
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YAC载体
首先用EcoRI和BamHI双 酶切割，获得均具 BamHI和EcoRI切割末端 的两个DNA片段(双臂) ，随后把两端具EcoRI 切割末端的外源DNA与 此双臂连接，构成酵母 人工染色体。用电激仪 把此人工染色体转化酵 母受体细胞。
Science Volume 355(6329):eaaf4704
March 10, 2017
19
Synthetic Yeast 2.0
• Building the world‘s
first
synthetic
eukaryotic
genome
together！
Dr. Jef Boeke
20
目录
synV设计原理 人工设计基因组原则 PCRTags 引入新序列 Cre-LoxP重组酶系统 组装
Cre-LoxP重组酶系统 Cre重组酶 于1981年从P1噬菌体中发现，基因编码区序列全长1029bp。 一种位点特异性重组酶，能介导两个LoxP位点（序列）之 间的特异性重组，使LoxP位点间的基因序列被删除或重组
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Cre-LoxP重组酶系统
• Cre-LoxP重组酶系统 – LoxP（locus of X-over P1）序列：
删除
逆转录转座子
换位
Elements
替换
将TAG替换为TAA
引入
不变
Gene order
端粒重复部分 内含子
tRNA基因 部分同义密码子替换 LoxP Sym sites
PCRTags
Noncoding regions
• 利用密码子简并性实现
基本理念： 优化基因组，减少不稳定和冗余结构
23
Isaacs, F. J. et al. Precise manipulation of chromosomes in vivo enables genomewide codon replacement. Science 333, 348–353 (2011).
（1）通过综合共转化 策略进行多重变异修 复
（2）通过综合共转化 策略成功校正变体的 实例。 通过单个共转 化过程，用loxPsym位 点替换tRNA基因和内 含子;
24
引入新序列
• 在每个非必需基因前后加入了特殊序列 – LoxP Sym sites
• Cre-LoxP重组酶系统 – 特异性删除某特定序列的技术 – 在新型基因打靶中获得广泛应用，是条件性基因打靶、诱导性基 因打靶、时空特异性基因打靶策略的技术核心。
5
酿酒酵母简介
• 酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)
– 又称面包酵母或者出芽酵母 – 在现代分子和细胞生物学中用作真核模式生物
• Morganism – 发酵中最常用的生物种类。 – 细胞为球形或者卵形，直径5–10μm。 – 同时存在单倍体和双倍体(酵母的优势形态)。
6
EcoRI CEN4
克隆位点以及可在细菌和酵 Apr 母菌中选择的标记基因。此
pYAC4
URA3
外，YAC还具有酵母菌染色
体的一些特点。可以接受
ori
100-1000kb的外源DNA片段。
TEL Bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱmHI TEL
9
这样的克隆载体在第一受体细胞内可以按质粒复 制形式进行高拷贝复制。 这种克隆载体在体外与目的DNA片段重组后，转化 第二受体细胞，可在转化的细胞内按染色体DNA复制 的形式进行复制和传递。
合成生物学(Synthetic biology)
1
1.人工合成酵母染色体 2.人工合成酵母基因组
2
3
4
酿酒酵母简介
• 酵母（Yeast）是一类种类繁多的生物资源，已知 有80个属约600多种，数千个分离株。
• 酵母是一类单细胞的真核生物。 – 它有完整的亚细胞结构和控制严密的基因表达调 控机制。 – 它既能通过有丝分裂进行无性繁殖 – 也可以通过减数分裂实现有性繁殖。
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酿酒酵母作表达系统的缺点
在YAC载体中的插入片段会出现缺失和重排的 现象。
容易形成嵌合体。即在单个YAC中的插入片段 由2个或多个独立的基因片段连接组成的现象。
YAC染色体与宿主细胞的染色体大小相近， YAC染色体转入酵母细胞后很难从中分离出来。
18
人工合成酵母基因组
“Perfect” designer chromosome V and behavior of a ring derivative
• 不含外源DNA片段的pYAC4载体转化酵母菌，转化子的 菌落呈白色。
• 带有插入的外源DNA片段的pYAC4重组载体，其Sup4已 经失活，结果转化酵母菌后所产生的转化子形成赭色 菌落。
14
• 一般酵母表达载体都以大肠 杆菌质粒为基本骨架再加上 酵母的自主复制序列，选择 标记，外源基因插入位点， 启动子和终止子。
12
⑤在两个末端序列中间，有 一段填充序列(HIS3)，以 便pYAC4在细菌细胞中稳定 扩增；
⑥Amp抗性及细菌质粒复制原 点；
⑦一个EcoRⅠ克隆位点，该
位点位于酵母菌Sup4 tRNA 基因内。
13
选择标记--Sup4
• Sup4基因编码赭色抑制Trp-tRNA，抑制赭色表型(成 为白色)。
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YAC载体--pYAC4
• 主要结构：
①两个可在酵母菌中利用的选择 基因，URA3和TRP1(色氨酸合成基 因)； ②酵母菌着丝粒序列 (centromere4,CEN4)； ③一个自主复制序列(ARS1)； ④两个来自嗜热四膜虫 (Tetrahymenna thermophilp)的 末端重复序列(TEL)，以保持重组 YAC为线状结构；
• Cre-L•ox来P重源组于酶P1系噬统菌体 – 如果• 两有个两L个ox1P3位bp点反分向别重位复于序两列条和不中同间的间D隔NA的链8或bp染序色列体上 ，Cre共酶同能组介成导，两8条bpD的NA间链隔的序交列换同或时染也色确体定易了位L。oxP的 方向。 • 13bp的反向重复序列是Cre酶的结合域。
筛选第一受体的克隆子，一般采用抗菌素抗性 选择标记；
筛选第二受体的克隆子，常用与受体互补的营 养缺陷型。
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人工酵母染色体克隆载体的构建
YAC(酵母人工染色体)克隆载体是最早构建成功 的人工染色体克隆载体。
将酵母染色体DNA的端粒(TEL)、DNA复制起点 (ARS)和着丝粒(CEN)以及必要的选择标记(HISA4和 TRPl)基因序列克隆到大肠杆菌质粒pBR322中，构建 成YCA克隆载体。
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synV设计原理
synV设计期间的主要编辑包括删除两个亚端粒区域，20个tRNA基因， 30个转座子/ Ty元件和10个内含子，并插入176个loxPsym位点; 额外 的基因变化包括62个TAG / TAA终止密码子互换和339个同义重新编码， 以引入源自天然染色体V的PCRTag
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人工设计基因组原则
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小片段组装大片段
F 1
模板 1
PCR
R1
F2
模板
2
PCR
R2
片段 A
F 1
无引物 PCR
互为模板、 引物延伸
延伸PCR
片段B R2
目的片段
搭桥PCR的原理示意图
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组装、整合
利用酵母自身的同源重组系统将小片段组装成大片段 利用大片段之间的重叠区域和同源臂可以将多个大片 段同时替换大片段的天然染色体
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敢想、敢做、能做！
Nothing is impossible!
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人工合成酵母染色体
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目录
酵母人工染色体载体 克隆载体的构建 YAC载体详述 选择标记--Sup4 酿酒酵母作表达系统的缺点
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酵母人工染色体载体
酵母人工染色体(yeast
artificial chromosome，
ARS1
YAC)是一类酵母穿梭载体。 TRP1
YAC具有自主复制序列、
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PCRTags
PCRTag的开放阅读框（ORF）内的短重新编码序列促进了基于聚合酶链反应（PCR） 的测定法，以区分野生型与合成DNA。
PCRTag分析是确保synV并入成功的主要支柱。 选择具有正确的营养缺陷型和与 野生型菌株（BY4741）相似的适应性的中间菌株用于基因组DNA（gDNA）提取和 PCRTag分析。