融合染色體創造新的酵母菌株

導語

科學家們成功地釀酒酵母的16條染色體融合在一起, 創造出新的菌株, 幾乎可以將整個基因組都放在一到兩條染色體上。含有融合染色體的酵母細胞在生長中沒有明顯的缺陷, 只顯示了基因表達的微小變化, 表明生物體對染色體數量和結構的變化比生物學家所預期的更寬容。兩個獨立的研究小組在8月1日 發表的論文中, 報告了這些研究結果。

「這兩項研究都可能是迄今為止設計和獲得的最戲劇性的基因組重組," 法國癌症與衰老研究所的遺傳學家Gianni Liti說。（他本人沒有參與這項研究）

在真核生物中染色體數目變化很大。眾所周知，人有46條染色體, 一種紅色小鼠 (Tympanoctomys barrerae) 有 102條，一種雄性跳躍的螞蟻 (Myrmecia pilosula) 僅擁有一條。「在我看來, 真核物種染色體數目是隨機的"，一位合著的中國科學院 (CAS) 的遺傳學家說，（他是其中一項實驗的研究者）。那麼我們可以回答很多困惑。例如：如何耐受（有機體）對染色體總數量的變化？

為了創建一個具有單一染色體的酵母細胞, 中國遺傳學家秦等人使用基因編輯工具 CRISPR-Cas9將兩條染色體結合在一起, 在結構的端粒旁邊裂解和融合序列, 重複核苷酸序列位於每個染色體的尖端。他們還從每對染色體中移除一個著絲粒, 以確保融合後的產品只有一個, 因為有多個著絲粒的染色體不穩定。

在地球的另一端, 紐約大學朗格尼醫學中心的遺傳學家Jef Boeke和他的同事們也在努力用類似的技術融合酵母染色體。根據 Boeke 的說法, 進行這樣一個實驗的想法出現的同時, 而他的團隊正在研究一個項目Synthetic Yeast 2.0, 它的目的是從頭開始創造酵母染色體。

這些研究人員還成功地通過融合了酵母的染色體來生產新的、可行的酵母菌株，但與秦和他的同事不同, Boeke 的團隊不能產生一個單一染色體的有效酵母菌株，他們只能將染色體數減少到兩個。Boeke 解釋說, 對於這種差異有許多可能的解釋, 但最合理的是與染色體的大小有關。他指出, 秦的小組從他們的酵母染色體中刪除了比Boeke組更多的重複的序列, 所以「他們的酵母基因組有可能低於我們剛剛超過的[最大]總大小閾值。」

這些在酵母中的發現是否會延伸到更高級的真核生物，比如人類，還有待確定。其中一項研究的作者之一，生物學家薛曉麗指出，有證據表明，染色體融合可以自然地出現在基因組更為複雜的其他生物體中，例如，人類的2號染色體可能是由兩種祖先類猿染色體融合而成的。

開啟新世界大門

目前，研究人員計劃探索新產生的酵母菌，以解決有關染色體生物學的問題，如結構如何影響基因表達。博伊克說，這些論文展示了太多新的可能。

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