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世界首例人造单染色体真核细胞诞生(解码?发现)

作者: admin 来源: 未知 时间: 2018-08-03 阅读:

  覃重军(左二)研讨团队正在剖析人工酵母菌株的脉冲场凝胶电泳验证图。  杨正行摄

  日前,我国科学院分子植物科学杰出立异中心/植物生理生态研讨所组成生物学要点试验室覃重军研讨团队与协作者历经4年尽力攻关,在世界上初次人工创立了单条染色体的真核细胞,是组成生物学具有里程碑含义的严重突破。

  该效果于北京时间8月2日在线宣布于世界闻名学术期刊《天然》。

  斗胆猜测,能否用1条线型染色体装载一切遗传物质

  人类能否发明生命?2010年,美国科学家克莱特?文特尔及其科研团队在《科学》杂志报导了世界上首个“人工生命”??含有全人工化学组成的与天然染色体序列简直相同的原核生物支原体,引起轰动。

  此次,以覃重军研讨组为主的研讨团队完结了将单细胞真核生物??酿酒酵母天然的16条染色体人工创立为具有完好功用的单条染色体。该项作业标明,天然杂乱的生命系统能够经过人工干预变精约,天然生命的边界能够被人为打破,乃至能够人工发明全新的天然界不存在的生命。

  在天然界绵长的进化过程中,不同生命体逐步构成了本身特有的基因组,包含相对较为安稳的DNA序列和固定的染色体数目。染色体携带了生命体成长与繁衍的遗传信息。生物教科书中将天然界存在的生命体分为原核生物和真核生物。染色体暴露无核膜包裹的原核生物一般含有环型结构的1条染色体,而染色体细胞核被核膜包裹的真核生物中一般含有线型结构的多条染色体。

  “真核生物的基因组涣散在多条染色体,染色体数量因物种而异。比如,人类具有23对染色体,小鼠具有20对染色体,而果蝇只要4对染色体。这些差异是怎样构成的?染色体数目是否与生物的功用性相关?相对于单个染色体,多条染色体具有什么优势?”覃重军说,“我想,可不能够打破原核生物和真核生物之间的边界,然后人为发明1个单染色体的生物并具有正常的功用?”

  所以,覃重军研讨员斗胆地假定真核生物也能像原核生物相同,用1条线型染色体装载一切遗传物质并完结正常的细胞功用。

  凭借基因修改技能,15轮交融创立出单染色体酵母菌株

  在斗胆猜测之后,覃重军开端带领团队着手进行一系列试验。他们决议选用酿酒酵母作为试验资料。

  覃重军说:“酿酒酵母是一种单细胞真核生物,有16条染色体,是典型的多染色体真核生物。并且它是分子生物学基础研讨的方式资料,全世界的科学家现已研讨了半个世纪,十分经典。此外,和大部分真核生物比较,酵母研讨布景更明晰且操作更简略,能够使得咱们的作业相对简略。”

  此外,已揭露宣布的效果显现,到2017年3月,酿酒酵母的16条染色体已人工组成了6条。

  覃重军说:“在这个基础上,我愈加坚决了上述想象,能不能再往前走一步,将整个酿酒酵母的染色体重排?”随后,他与薛小莉副研讨员“工程化精准规划”了定制人工单染色体酵母的辅导准则以及理性剖析、试验规划、工程化推动的总体方案。2013年,酵母染色体的交融作业正式发动。

  那么,怎样去完成两条染色体的交融呢?

  覃重军说:“1条完好的真核线型染色体,一般包含1个用于染色体别离的着丝粒和两个用于维护染色体结尾的端粒。要完成两条染色体的交融,就需要将两条染色体的两个端粒去除后彼此衔接起来,一起还需要将两条染色体中1条的着丝粒去除,然后确保染色体在细胞分裂过程中正常的别离。”

  覃重军介绍,这个过程中,有一点特别要害,就是在衔接时有必要一起删去两个端粒和1个着丝粒,不然就会不安稳,立刻发作开裂。CRISPR?Cas9修改技能协助研讨团队很好地完结了这项操作。“它能够做到衔接两个染色体,并十分高效地重组,也就是说能够做到一起切一起补。”覃重军说。

  此外,染色体交融的次序是随机的。研讨团队在做染色体交融之前,先进行了一系列验证试验。结果标明,8对染色体随机交融都能成功,终究取得的菌株和野生型酵母菌株相同成长健旺,黄金彩娱乐

  接下来,运用相同的染色体交融操作方法,研讨团队进行了15轮染色体交融,终究成功创立了只要1条线型染色体的酵母SY14菌株。

  人工改造的酵母细胞很稳健,没有表现出严重的成长缺点

  在成功创立SY14菌株之后,覃重军团队进一步与组成生物学要点试验室赵国屏研讨组、中科院生物化学与细胞生物学研讨所周金秋研讨员研讨组、武汉菲沙基因信息有限公司及军事医学科学院赵志虎研讨员等团队协作,深化判定了SY14的代谢、生理和繁衍功用及其染色体的三维结构。

  结果标明,单染色体酵母表现出与野生型简直相同的转录组和表型谱,但经过减数分裂有性繁衍子孙削减。别的,染色体交融后存在的最显着的改变是染色体的三维结构。

  “虽然交融明显改变了三维染色体结构,可是除了删去少量非必需基因外,新菌株所含的遗传物质与正常酿酒酵母相同。”覃重军说,“经证明,人工改造的酵母细胞出人意料地稳健,在不同的培育条件下,没有表现出严重的成长缺点。但是,交融染色体菌株的确表现出小的适应性约束和有性生殖缺点,因而它们可能会快速地被天然的菌株筛选。这些新发现也将有助于解说具有较多染色体的优势。”

  中科院院士、中科院分子植物科学杰出立异中心/植物生理生态研讨所所长韩冰表明,将天然杂乱的酵母染色体经过人工改造以全新的精约化方式表现出来,是继原核细菌“人工生命”之后的一个严重突破,为人类对生命实质的研讨拓荒了新方向。

  天然科研机构我国区总监保罗?埃文斯表明,这些酵母菌株也可成为研讨染色体生物学基本概念的强壮资源,包含染色体的仿制、重组和别离等,这些都是生物学范畴长期以来十分重要的主题。

  值得一提的是,酿酒酵母一般仍是研讨染色体反常的重要模型,其1/3基因和具有23对染色体的人类基因同源。覃重军团队创立的单条线型染色体酵母将来或为很多研讨课题供给模型。一起,它还能够为研讨人类端粒功用及细胞变老供给模型。

  覃重军说:“端粒是线型染色体结尾的维护结构,人类的过早变老与染色体的端粒长度直接相关。跟着细胞分裂次数的添加,端粒的长度逐步缩短,当端粒变得不能再短时,细胞就会逝世。此外,端粒的缩短还与许多疾病相关,包含肿瘤构成等。”

  《 人民日报 》( 2018年08月03日 12 版)
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