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，北京大学生命科学学院陶伟教授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)。本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。



信息人工染色体具有的遗传元件
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，陶伟和元英进为通讯作者，北京大学李程研究员给予研究极大帮助，中国科学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。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。