在合成生物學(xué)與生物技術(shù)中,，定制基因序列的可靠性和成本效益對(duì)于相關(guān)應(yīng)用是至關(guān)重要的。盡管脫氧核糖核酸（DNA）微陣列對(duì)于基因合成的短寡核苷酸池也是一個(gè)劃算的來源,，但是這些復(fù)雜混合物必須經(jīng)過放大和正確的組裝,。一項(xiàng)最近的研究描述了一種方法，即將30個(gè)基因（或基因變異池）合成在一個(gè)單芯片上,。美國(guó)科學(xué)家報(bào)告說,，一輪的合成與選擇能夠成功鑒別出那些具有人們所渴望的屬性的基因變異，例如最佳的表達(dá)水平,。
在這項(xiàng)新的研究中,，美國(guó)北卡羅來納州杜克大學(xué)的Jiayuan Quan和同事進(jìn)行了等溫的基因巧合以及鏈置換擴(kuò)增反應(yīng)，以同時(shí)擴(kuò)大和釋放60-mer的寡核苷酸,，隨后他們利用聚合酶循環(huán)組裝在0.5kb～1kb的基因中建立了重疊產(chǎn)物。為了方便,，這些反應(yīng)都在芯片上以及相同的反應(yīng)混合物中進(jìn)行；假性的寡核苷酸雜化通過將芯片細(xì)分為針對(duì)每個(gè)基因的單獨(dú)的阱而得到最小化,。其產(chǎn)物隨后通過芯片外聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）而進(jìn)一步被放大,。
研究人員還開發(fā)出了一種質(zhì)量控制程序，從而使錯(cuò)誤合成基因（在一次變性復(fù)性循環(huán)后形成錯(cuò)配的雙鏈單位）的亞族群能夠被錯(cuò)配特定內(nèi)切酶所分開,。然而,，由于變異的錯(cuò)配可能性，這一程序的一個(gè)局限在于它只適用于合成單一基因,，而不是一組密切相關(guān)的基因變異的混合庫(kù)。
這種基因合成方法隨后被應(yīng)用到優(yōu)化轉(zhuǎn)基因表達(dá),，除了強(qiáng)啟動(dòng)子序列外,，這還要求適當(dāng)?shù)拿艽a子使用。研究人員生成了lacZα基因片斷的一個(gè)同義“密碼子變異”庫(kù),，并在大腸桿菌細(xì)胞中表達(dá)了它們,。當(dāng)在包含半乳糖苷的瓊脂中生長(zhǎng)時(shí)，克隆被選擇用來使基于其藍(lán)色色度的lacZα表達(dá)最大化,。相對(duì)于野生型序列而言，在這些克隆中,，lacZα序列被發(fā)現(xiàn)極大提高了lacZα的表達(dá),。
在一個(gè)類似但更有價(jià)值的應(yīng)用中，研究人員生成并測(cè)試了74個(gè)黑腹果蠅轉(zhuǎn)錄因子的密碼子變異庫(kù),。高度表達(dá)的變異需要抗體的產(chǎn)生,，并且根據(jù)綠色熒光蛋白（GFP）融合蛋白標(biāo)記物的熒光強(qiáng)度，這些變異被成功鑒別出來,。
研究人員在最近出版的《自然—生物技術(shù)》雜志上報(bào)告了這一研究成果。
研究人員指出,，搞清這些光學(xué)基因序列是否為基于一些屬性,，例如mRNA結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的功能性選擇,，以及這種方法是否是更長(zhǎng)基因合成的最佳延伸，將令人關(guān)注,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原文出處：
Nature Biotechnology DOI：10.1038/nbt.1847
Parallel on-chip gene synthesis and application to optimization of protein expression
Jiayuan Quan; Ishtiaq Saaem; Nicholas Tang; Siying Ma; Nicolas Negre; Hui Gong; Kevin P White; Jingdong Tian
Low-cost, high-throughput gene synthesis and precise control of protein expression are of critical importance to synthetic biology and biotechnology1, 2, 3. Here we describe the development of an on-chip gene synthesis technology, which integrates on a single microchip the synthesis of DNA oligonucleotides using inkjet printing, isothermal oligonucleotide amplification and parallel gene assembly. Use of a mismatch-specific endonuclease for error correction results in an error rate of ~0.19 errors per kb. We applied this approach to synthesize pools of thousands of codon-usage variants of lacZα and 74 challenging Drosophila protein antigens, which were then screened for expression in Escherichia coli. In one round of synthesis and screening, we obtained DNA sequences that were expressed at a wide range of levels, from zero to almost 60% of the total cell protein mass. This technology may facilitate systematic investigation of the molecular mechanisms of protein translation and the design, construction and evolution of macromolecular machines, metabolic networks and synthetic cells.
