Nature:中国科学家利用CRISPR技术,创造出仅有一条染色体的酵母菌株

几乎所有已知的天然真核物种都有多条染色体，除了雄性蚂蚁（Myrmecia pilosula）只含有一条染色体。此外，真核生物中染色体的数量变化而与其生物学特征没有明显关联。例如，在哺乳动物中，人（智人）二倍体细胞具有46条染色体，而印度麂（Muntiacus muntjak）的二倍体细胞具有最低数量的染色体（雌性为6个，雄性为7个）。

2018年8月2日，中科院上海植物生理生态研究所覃重军、植物生理生态研究所薛小莉、植物生理生态研究所赵国屏及上海生化细胞所周金秋合作在Nature在线发表题为：Creating a functional single-chromosome yeast的研究论文（图1），该论文使用CRISPR-Cas9高效敲除待融合染色体多余的着丝粒和端粒，再通过连续的端对端染色体融合，从含有16个线性染色体的酿酒酵母单倍体细胞中创造了功能性单染色体酵母。 巨大的单一染色体可以支持细胞生命，尽管这种菌株在整个环境，竞争力，配子生产和生存能力方面表现出减少的增长。 这项合成生物学研究展示了一种探索真核生物进化的染色体结构和功能的方法。另外Jef Boeke研究组发表了类似的研究成果（图2）。由于这些成果的重大突破，Nature进行了专门的点评（图3）。

图1

图2

图3

酵母酿酒的单倍体细胞具有16条染色体和约12Mb的基因组，而裂殖酵母的单倍体细胞仅具有3条染色体和约14Mb的基因组。在这项研究中，中科院上海植物生理生态研究所覃重军，植物生理生态研究所薛小莉，植物生理生态研究所赵国屏及上海生化细胞所周金秋合作重新组织了单细胞真核模型生物酿酒酵母的基因组，其单倍体细胞含有16个染色体，范围从230到1,500kb，成为一个巨大的染色体，以便探索具有人工融合单一的酵母细胞。

将染色体逐一融合（来源Nature）

研究人员通过连续的端对端染色体融合和着丝粒缺失，从含有16个线性染色体的酿酒酵母单倍体细胞中创造了功能性单染色体酵母。 将16个天然线性染色体融合到单个染色体中导致染色体的整体三维结构发生显著变化，这是由于所有着丝粒相关的染色体间相互作用的丧失。 然而，单染色体和野生型酵母细胞具有几乎相同的转录组和类似的核型谱。 巨大的单一染色体可以支持细胞生命，尽管这种菌株在整个环境，竞争力，配子生产和生存能力方面表现出减少的增长。这项合成生物学研究展示了一种探索真核生物进化的染色体结构和功能的方法。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0382-x

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0374-x

https://www.nature.com/articles/d41586-018-05309-4（转化医学网360zhyx.com）