为什么生物要那么多染色体,就留一个不行吗?

作者: 鬼谷藏龙

来源: 果壳

发布日期: 2018-08-09

文章探讨了染色体数量与生物复杂程度的关系,并通过实验展示了将酿酒酵母的染色体从16条融合到1条的可能性及其影响。

染色体这个概念,大家都听过。真核生物把它们的遗传物质——DNA就放在染色体上,不同的真核生物所拥有的染色体数量也是不同的。不过,染色体的数量和生物的复杂程度、基因量都没啥关系。澳大利亚的杰克跳蚁(Myrmecia pilosula)的雄蚁只有1条染色体,而一种小型蕨类植物瓶尔小草(Ophioglossum reticulatum)的染色体数量则高达1260条。既然如此,人为什么要有23对染色体呢?

不可以融合成一对甚至一个吗?黑猩猩拥有24对染色体,比人类多一对 | pixabay。

人们对于染色体数量这么个简单问题,数十年来压根一筹莫展。假说提了一大堆,有些甚至写进了教科书里,但是实锤却一点都没有。不过就在今年,终于有人把这重要的第一步给迈了出去。

就在8月2日,国际顶尖的科学期刊《自然》同时上线了两篇重量级论文,一篇来自纽约大学系统遗传学研究所的Jef Boeke团队,他们成功将酿酒酵母的16条染色体彼此“融合”,缩减到2条染色体。而另一篇出自中科院上海生命科学研究院,植物生理生态研究所的覃重军等实验室则更进一步,将酿酒酵母的全部16条染色体融合成了1条染色体。

其实他们采用的方法在原理上很好理解,整个过程就像是个染色体“接龙”——先去除两条染色体两端的端粒(相当于摘掉染色体两端的保护套)和其中一个染色体中央的着丝粒部分(否则融合出来的新染色体会有两个着丝粒就很不稳定),再在两端放入一个可以介导染色体彼此连接的同源序列(作用相当于一个彼此匹配的接口),然后两条染色体就有一定的概率融合成一条。

覃重军团队耗时四年,做了大量的尝试才完成全部15轮染色体融合,构建出一株只有一条染色体的酵母菌株。而Jef Boeke团队所付出的努力想必也不会更少,却最终也没有将最后的两条染色体融合在一起。

而突破染色体融合的难关后,覃重军的研究团队又对此进行了深入的探究。他们发现,将酵母的16条染色体融合成一条以后,原来染色体上的那些基因表达却并没有受什么影响,酵母的形态功能各方面,除了减数分裂略有异常外,全部都正常如初。通过更进一步的研究,他们还发现,染色体的融合强烈改变了染色质的大尺度结构,这项研究很可能颠覆原有的理论。

这项工作可以说将生命科学的某些领域推进到了一个全新的境界,我们无法知道这个境界里究竟有什么。覃重军等科学家作为进入这一重新天地的先驱,已经瞥见了一些宝藏,却也带来了更多的未知——无限的问题,无限的可能在等待科学家们一个个去解读,或许不久之后又会得出新的惊诧世人的成果呢?这染色体的数量之谜会不会像当年物理学界的两朵“小乌云”那样,在拨云见日之际展现出一个惊艳的新世界来呢?想来还真是令人心潮澎湃呢!

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