今天，頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》上刊發(fā)了兩篇重磅論文：兩支科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)基因組編輯的方法，成功將酵母的染色體進(jìn)行了融合。其中，一支來(lái)自中國(guó)科學(xué)院的團(tuán)隊(duì)，更是創(chuàng)造出了只有1條染色體的酵母，在生命科學(xué)領(lǐng)域做出了重大突破。

▲這是一項(xiàng)“全華班”的重磅研究（圖片來(lái)源：《自然》）

我們知道，生物體的基因組分布在不同的染色體上，而不同生物的染色體數(shù)目也有所不同。有的生物只有1條染色體，而有的生物則有幾百條染色體。染色體的數(shù)目對(duì)生物究竟有沒(méi)有影響，有怎樣的影響？誰(shuí)也不知道。

來(lái)自中國(guó)科學(xué)院的一支團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)酵母的改造，首度向全世界揭曉了這個(gè)問(wèn)題的答案。通常的酵母具有16條不同的染色體，而研究人員決定將它們兩兩融合，最終把16條染色體并成1條。

這聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單，做起來(lái)難。首先，染色體兩端都具有叫做“端粒”的結(jié)構(gòu)，起到保護(hù)作用。因此，在融合時(shí)，我們必須先把端粒給切掉；其次，每條染色體中間都有一個(gè)叫做著絲粒的結(jié)構(gòu)，在細(xì)胞分裂時(shí)起到了關(guān)鍵的作用。如果簡(jiǎn)單將兩條染色體融合，就會(huì)在一條染色體上帶來(lái)兩個(gè)著絲粒，這會(huì)引起嚴(yán)重的錯(cuò)誤。

▲研究人員們?cè)谌诤先旧w時(shí)采取的巧妙方法（圖片來(lái)源：《自然》）

研究人員們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的方法，在兩條染色體融合的同時(shí)，能夠在它們身上各移除掉一個(gè)端粒，并去除其中一條染色體的著絲粒。這樣一來(lái)，簡(jiǎn)單的幾步操作，就能把兩條染色體合二為一。

在不斷的嘗試后，這支團(tuán)隊(duì)把酵母的16條染色體，拼成了1條！

▲16條染色體被拼成了1條（圖片來(lái)源：《自然》）

令人難以置信的是，盡管經(jīng)歷了如此巨大的改變，但在酵母體內(nèi)，只有少數(shù)基因的表達(dá)發(fā)生了變化！而且，這些變化大多可以通過(guò)結(jié)構(gòu)上的原因得到解釋。換句話說(shuō)，將酵母的染色體合并成1條，并沒(méi)有帶來(lái)廣泛的嚴(yán)重后果。

而后續(xù)的培育與形態(tài)學(xué)觀察也證實(shí)了這一點(diǎn)。研究人員們發(fā)現(xiàn)，在不同的培養(yǎng)條件下，這些酵母都沒(méi)有表現(xiàn)出嚴(yán)重的生長(zhǎng)缺陷。它們甚至還能靠自己僅有的1條染色體順利地進(jìn)行有性生殖！在整個(gè)過(guò)程中，少有的幾個(gè)問(wèn)題只是在于有性生殖的效率比野生酵母低一點(diǎn)，以及后代孢子的存活率稍微低一點(diǎn)而已。

▲有16條染色體的酵母（上）與只有1條染色體的酵母（下），沒(méi)有明顯區(qū)別（圖片來(lái)源：《自然》）

研究人員總結(jié)說(shuō)，減少染色體的數(shù)目，并不會(huì)帶來(lái)重大生長(zhǎng)缺陷。當(dāng)然，染色體數(shù)目減少帶來(lái)的些許不利，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中或許不值一提，但在自然環(huán)境中，可能會(huì)被無(wú)限放大，影響酵母的生存。這也從一定程度上解釋了為何普通的生物都有許多條染色體。

毫無(wú)疑問(wèn)，這項(xiàng)重量級(jí)的發(fā)現(xiàn)不但為人類帶來(lái)了關(guān)于染色體數(shù)量的洞見(jiàn)，這些酵母還有望作為重要的科研工具，讓我們更好地理解真核生物的染色體結(jié)構(gòu)與功能。我們祝賀這支中國(guó)團(tuán)隊(duì)能夠做出如此重大的科研突破，也期待更多來(lái)自中國(guó)的研究能層出不窮，在生命科學(xué)的研究史上留下自己的名字！

參考資料：

[1] Creating a functional singlechromosome yeast

[2] Karyotype engineering by chromosome fusion leads to reproductive isolation in yeast

[3] Chromosomes get together

原標(biāo)題：Nature重磅：逆天！中國(guó)學(xué)者造出了只有1條染色體的酵母