一項剛剛在“自然”雜志上發(fā)表的一項研究發(fā)現(xiàn)，貝克的酵母在經(jīng)過大規(guī)模重組后生存和生長，而不是基因，而是染色體上層結(jié)構(gòu)，它們?nèi)菁{，保護(hù)和控制DNA代碼的獲取。

由紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)下，一個研究團(tuán)隊融合在一起染色體的階段，直到6000個基因在物種的單細(xì)胞真菌的釀酒酵母，分別包含在兩個巨大的染色體，而不是在每個細(xì)胞核中自然發(fā)生的16。研究人員還發(fā)現(xiàn)，如果從他們的每個“父母”遺傳的染色體數(shù)量之間的差異變得太大，這種酵母物種的成員就不能再制造出可行的生殖細(xì)胞。

研究作者說，在酵母菌株之間進(jìn)行這種“生殖隔離”工程必須實現(xiàn)酵母樣回收農(nóng)業(yè)廢棄物制造燃料的某些希望的未來應(yīng)用，或通過補充牲畜飼料來對抗饑餓。這種努力需要產(chǎn)生可以釋放到田間的菌株，但是不能與天然存在的酵母交配以改變生態(tài)系統(tǒng)。

將來，更好地了解染色體如何被復(fù)制和分配到性細(xì)胞中 - 酵母中的孢子;人類的卵子和精子 - 可能會提出一些方法來對抗造成人體細(xì)胞傳遞過短，太長，缺失或多余染色體的錯誤。這些事件是流產(chǎn)和精神發(fā)育遲滯的主要原因，包括唐氏綜合癥，其中胚胎接受第21條人類染色體的額外拷貝。酵母染色體與人類相似，可以為研究提供良好的模型。

“我們發(fā)現(xiàn)酵母可以耐受染色體數(shù)量的急劇變化，而不會破壞基因在其中的作用，更多證據(jù)表明它們作為工程平臺的穩(wěn)健性，”高級研究作者，研究所所長Jef Boeke博士說。 NYU Langone Health的系統(tǒng)遺傳學(xué)。“除了應(yīng)用之外，這項工作揭示了偶然的染色體重復(fù)和進(jìn)化融合的野生軌跡，使一個螞蟻物種只有一對染色體，人類有23對，一種蝴蝶有220種。我們正在學(xué)習(xí)如何一個物種變成兩個。“

十六分為二

研究結(jié)果涉及染色體，即大的蛋白質(zhì)束，在接收到正確的信號后，通過細(xì)胞機器展開以便閱讀每種細(xì)胞類型中手頭的工作所需的DNA指令。當(dāng)需要在細(xì)胞分裂之前復(fù)制整個遺傳密碼時，所有染色體都會解開，其中一個細(xì)胞變成兩個細(xì)胞。這種分裂或者在生長期間(有絲分裂)產(chǎn)生更多基因相同的細(xì)胞，或者進(jìn)一步分割產(chǎn)生性細(xì)胞的親本細(xì)胞的染色體輪(減數(shù)分裂)，然后可以與其他性細(xì)胞結(jié)合以產(chǎn)生新的生物體。

隨著細(xì)胞準(zhǔn)備分裂使得每個得到的細(xì)胞獲得其適當(dāng)?shù)腄NA份額，新復(fù)制的染色體通過稱為著絲粒的特殊DNA組連接，產(chǎn)生具有四個染色體“臂”的對。每個臂都被稱為端粒的DNA組封端，這些DNA可防止酶，否則會破壞暴露的尖端。

目前的研究作者使用著名的CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)從整套酵母染色體(基因組)中切出14個著絲粒和28個端粒。在沒有這些端?；蛑z粒的情況下，剩余的DNA鏈逐步融合，直到僅剩下兩個，每個含有大約一半的釀酒酵母物種的遺傳物質(zhì)。

有趣的是，該團(tuán)隊無法生成一個活酵母菌株，只有一個染色體對容納其所有基因。作者說，這可能是因為在新菌株中運作的兩條大染色體的臂上有大約590萬個DNA分子字母(堿基)，接近最大長度限制。比這長，并且當(dāng)細(xì)胞分裂時，手臂可能會將其末端截斷。

值得注意的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，染色體長度達(dá)到自然界最大尺寸的四倍的酵母存活，通過有絲分裂以與天然菌株大致相同的速率分裂和增殖(生長)。

然而，當(dāng)團(tuán)隊從具有不同染色體數(shù)目的酵母菌株的雜交中取出后代，然后誘導(dǎo)雜交的后代通過減數(shù)分裂制造性細(xì)胞時，產(chǎn)生活孢子的能力在下一代中下降，因為差異在兩者之間增加。他們父母的染色體數(shù)目。該團(tuán)隊推測這是因為這種性細(xì)胞內(nèi)的染色體不再排列，因此在細(xì)胞分裂過程中DNA可以被正確分割，留下一些致死的DNA劑量異常。

實驗表明，8個染色體數(shù)量的差異，比如8次融合后，足以使工程菌株與其祖先物種雜交，從而實現(xiàn)對于預(yù)想的應(yīng)用非常重要的繁殖隔離。當(dāng)一個物種的兩個成員不能再雜交時，他們就不能再混合DNA并隨著時間的推移積累不同的遺傳變化。Boeke說，這開始了他們成為不同物種的過程。