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北京日?qǐng)?bào)客戶端 | 記者 劉蘇雅

歷時(shí)4年研究，我國(guó)科學(xué)家在全球首次實(shí)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物完整染色體的可編程連接，并 創(chuàng)建出具有全新染色體組型的小鼠——“小竹”。8月26日，相關(guān)研究成果在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表。該工作是生物工程技術(shù)領(lǐng)域的重要突破，為深入認(rèn)識(shí)哺乳動(dòng)物染色體大規(guī)模重構(gòu)等結(jié)構(gòu)變異及其對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖演化乃至物種形成等分子機(jī)制拓展了研究策略，并奠定相應(yīng)的技術(shù)平臺(tái)。

同一物種的染色體在細(xì)胞中的組成及形態(tài)特征被稱為核型，它是高度保守的，不易發(fā)生改變。但在漫長(zhǎng)的生物演化過(guò)程中，染色體也會(huì)發(fā)生重排，這是物種進(jìn)化的重要驅(qū)動(dòng)力。嚙齒類動(dòng)物每百萬(wàn)年會(huì)積累3.2至3.5種染色體重排；人類的2號(hào)染色體則是在靈長(zhǎng)類動(dòng)物進(jìn)化過(guò)程中，由兩條端著絲粒染色體融合形成，而這兩條染色體在黑猩猩的遺傳物質(zhì)中仍是分離的。

近年來(lái)，染色體精準(zhǔn)重排率先在酵母基因組獲得成功。但哺乳動(dòng)物的基因組要復(fù)雜得多，此前，對(duì)哺乳動(dòng)物染色體的重排只限于亞染色體水平。

我國(guó)科研人員打破了這一技術(shù)瓶頸。中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所、北京干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究院研究員李偉與周琪團(tuán)隊(duì)合作，利用小鼠單倍體胚胎干細(xì)胞和基因編輯工具，成功將最長(zhǎng)的染色體1號(hào)和2號(hào)進(jìn)行正反連接，并將中等長(zhǎng)度的5號(hào)和4號(hào)染色體進(jìn)行首尾連接，同時(shí)發(fā)現(xiàn)在染色體連接過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生染色體的斷裂和重新連接。 這表明來(lái)自實(shí)驗(yàn)小鼠的兩條獨(dú)立存在的染色體在基因編輯后，可以以非同源末端連接修復(fù)的方式連接為一條染色體。

染色體連接小鼠“小竹”就是這樣誕生的。其外表看似與普通小鼠無(wú)異，實(shí)則擁有世界上不曾存在的全新、獨(dú)特染色體組型。這意味著我國(guó)科學(xué)家在全球首次實(shí)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物的完整染色體重排，取得了合成生物學(xué)領(lǐng)域新的突破。連接后的染色體還能夠傳遞到后代小鼠，且進(jìn)一步交配可以產(chǎn)生純合小鼠，證明了兩條染色體的連接不會(huì)導(dǎo)致絕對(duì)的生殖隔離，但攜帶連接染色體的小鼠生殖力明顯下降。

這項(xiàng)研究首次建立了哺乳動(dòng)物完整染色體可編程連接的新技術(shù)，為哺乳動(dòng)物合成生物學(xué)增添了新的研究工具，為進(jìn)化生物學(xué)研究提供了新思路，為探索染色體重排所致疾病的治療方法提供了新技術(shù)手段。

標(biāo)簽： 哺乳動(dòng)物 染色體重排 染色體組型