【科技前沿】

8月26日
，國際學術期刊《科學》在線發表一項我國科學家的開創性成果——中國科學院動物研究所、北bei京jing幹gan細xi胞bao與yu再zai生sheng醫yi學xue研yan究jiu院yuan李li偉wei研yan究jiu員yuan與yu周zhou琪qi研yan究jiu員yuan團tuan隊dui合he作zuo
，在zai全quan球qiu首shou次ci實shi現xian了le哺bu乳ru動dong物wu完wan整zheng染ran色se體ti的de可ke編bian程cheng連lian接jie，並bing創chuang造zao出chu具ju有you全quan新xin核he型xing（染色體組型）的小鼠。

有評論認為
，這項工作意味著生物工程技術的再次突破
，為深入認識哺乳動物染色體大規模重構等結構變異對其生長發育、繁殖演化乃至物種形成等的分子機製開拓了“建物致知”的合成生物學研究策略
，並奠定了相應的技術平台。

首次實現哺乳動物的完整染色體重排

要想理解這項成果
，首先要了解一個概念——染色體重排（Chromosomal Rearrangement）。李偉介紹，染色體重排是指染色體發生斷裂


，並與別的染色體相連構成新的染色體。

在漫長的生物演化過程中
，染色體重排是導致生物產生了質的改變和飛躍的重要因素。但對於個體而言，染色體重排更多是帶來疾病——某些類型的兒童白血病、不孕不育等疾病都是由染色體重排導致的。

了le解jie染ran色se體ti重zhong排pai的de奧ao秘mi，就jiu能neng進jin一yi步bu揭jie示shi人ren類lei演yan化hua的de奧ao秘mi，也ye能neng在zai多duo種zhong疾ji病bing的de治zhi療liao上shang取qu得de飛fei躍yue。因yin此ci，染ran色se體ti重zhong排pai成cheng為wei生sheng物wu學xue家jia研yan究jiu的de焦jiao點dian領ling域yu。近jin年nian來lai，染ran色se體ti精jing準zhun重zhong排pai率lv先xian在zai基ji因yin組zu組zu成cheng簡jian單dan且qie為wei單dan倍bei體ti的de酵jiao母mu上shang獲huo得de成cheng功gong。但dan因yin為wei哺bu乳ru動dong物wu基ji因yin組zu比bi酵jiao母mu基ji因yin組zu複fu雜za得de多duo，在zai哺bu乳ru動dong物wu上shang進jin行xing完wan整zheng染ran色se體ti的de重zhong排pai仍reng然ran沒mei有you成cheng功gong實shi現xian。

中國科學家經過多年的努力，在全球首次實現了哺乳動物的完整染色體重排，取得了合成生物學上新的突破。“我們的研究打破了技術瓶頸，利用小鼠單倍體胚胎幹細胞和CRISPR基因編輯工具，成功將最長的染色體1號和2號進行正反連接，以及將中等長度的5號和4號染色體進行首尾連接
，同時發現染色體連接過程中可能會發生染色體的斷裂和重新連接。”李偉說
，“研究結果表明，來自小鼠的兩條獨立存在的染色體在基因編輯後，可以以非同源末端連接修複的方式連接為一條染色體。”

在了解進化、設計生命
、疾病治療等方麵將產生巨大影響

在此基礎上
，研究人員進一步研究了特定染色體重排連接產生的影響。

首shou先xian，研yan究jiu人ren員yuan證zheng實shi哺bu乳ru動dong物wu細xi胞bao的de染ran色se體ti並bing不bu是shi越yue長chang越yue好hao，過guo長chang會hui致zhi使shi細xi胞bao分fen裂lie異yi常chang。李li偉wei介jie紹shao，在zai細xi胞bao表biao型xing層ceng麵mian上shang，染ran色se體ti連lian接jie後hou幹gan細xi胞bao的de多duo能neng性xing基ji因yin表biao達da以yi及ji分fen化hua沒mei有you發fa生sheng明ming顯xian變bian化hua
，而er最zui長chang染ran色se體ti連lian接jie（2號和1號染色體連接）的單倍體幹細胞二倍化速率顯著加快
，且已經成為二倍體的胚胎幹細胞及神經幹細胞中仍會發生自發多倍化。“這zhe一yi現xian象xiang是shi由you於yu染ran色se體ti長chang度du過guo長chang致zhi使shi細xi胞bao分fen裂lie異yi常chang而er導dao致zhi，也ye證zheng明ming了le哺bu乳ru動dong物wu細xi胞bao的de染ran色se體ti長chang度du存cun在zai一yi定ding限xian製zhi
，對dui小xiao鼠shu細xi胞bao而er言yan
，染ran色se體ti長chang度du上shang限xian範fan圍wei在zai308.3Mb~377.6Mb之間。”

其次，科研人員“創造”出chu了le具ju有you全quan新xin獨du特te染ran色se體ti組zu型xing的de小xiao鼠shu。李li偉wei介jie紹shao，為wei了le解jie答da特te定ding染ran色se體ti重zhong排pai在zai動dong物wu表biao型xing層ceng麵mian上shang的de影ying響xiang，研yan究jiu人ren員yuan通tong過guo單dan倍bei體ti幹gan細xi胞bao注zhu射she到dao卵luan母mu細xi胞bao的de方fang式shi，成cheng功gong得de到dao染ran色se體ti連lian接jie的de小xiao鼠shu——它看似與普通小鼠無異，實則擁有世界不曾存在、全新獨特的染色體組型。

研究發現，不同的染色體連接對小鼠產生了不同的影響
，其中最長的染色體連接（2號和1號染色體連接）使得胚胎發育不能正常進行；1號和2號染色體連接後
，1號染色體斷裂重新連接17號染色體，產生的小鼠表現出了生長曲線和行為學的異常
；4號和5號染色體連接的小鼠則沒有表現出明顯的異常。

同時
，連接後的染色體還能夠傳遞給後代，且進一步交配可以產生純合小鼠。李偉說：“這zhe就jiu證zheng明ming了le兩liang條tiao染ran色se體ti的de連lian接jie不bu會hui導dao致zhi絕jue對dui的de生sheng殖zhi隔ge離li
，但dan攜xie帶dai連lian接jie染ran色se體ti的de小xiao鼠shu生sheng殖zhi力li明ming顯xian下xia降jiang。進jin一yi步bu探tan索suo發fa現xian，連lian接jie後hou的de染ran色se體ti雖sui然ran仍reng能neng夠gou與yu兩liang條tiao分fen離li的de同tong源yuan染ran色se體ti進jin行xing正zheng常chang聯lian會hui，但dan是shi聯lian會hui後hou的de同tong源yuan染ran色se體ti分fen離li會hui出chu現xian異yi常chang。”

最後，研究人員還綜合分析了染色體空間結構在胚胎幹細胞
、神經幹細胞和腦內的變化趨勢。研究發現，染色體的空間結構變化隨著分化而減弱。

李偉表示，這一研究嚴格遵守我國法律法規和國家有關規定，並符合我國及國際通行倫理準則。“我(wo)們(men)的(de)研(yan)究(jiu)首(shou)次(ci)建(jian)立(li)了(le)哺(bu)乳(ru)動(dong)物(wu)完(wan)整(zheng)染(ran)色(se)體(ti)可(ke)編(bian)程(cheng)連(lian)接(jie)的(de)新(xin)技(ji)術(shu)，實(shi)現(xian)了(le)對(dui)超(chao)大(da)規(gui)模(mo)基(ji)因(yin)組(zu)的(de)編(bian)輯(ji)，為(wei)哺(bu)乳(ru)動(dong)物(wu)合(he)成(cheng)生(sheng)物(wu)學(xue)增(zeng)添(tian)了(le)新(xin)的(de)研(yan)究(jiu)工(gong)具(ju)。同(tong)時(shi)，發(fa)現(xian)了(le)染(ran)色(se)體(ti)長(chang)度(du)的(de)限(xian)製(zhi)，為(wei)哺(bu)乳(ru)動(dong)物(wu)合(he)成(cheng)生(sheng)物(wu)學(xue)進(jin)行(xing)染(ran)色(se)體(ti)設(she)計(ji)合(he)成(cheng)提(ti)供(gong)了(le)重(zhong)要(yao)參(can)考(kao)；tongguozaishiyanshixiaoshumoxingzhongzhonggouransetizhongpaishijian
，bangzhulijiejinhuayanshengderansetironghe，yezhengmingleransetizhongpaiyushengzhigelidexiangguanxing，weijinhuashengwuxueyanjiutigonglexindesilu。erransetijingzhunzhongpaijishuweijianliransetizhongpaijibingdedongwumoxing，yanjiuransetizhongpaidaozhidebuyunbuyuhezhongliudengjibingdefabingjizhi
、探索疾病的治療提供了新的技術手段。”

（本報北京8月26日電 本報記者 齊芳）