数百万年来，啤酒酵母及其近亲将其DNA打包成16个不同的染色体。现在，两个团队已经使用CRISPR基因编辑技术将所有酵母遗传材料“保存一些非必需片段”填充到一两个染色体中。这一壮举代表了复杂基因组的最戏剧性的重组，可以帮助科学家理解生物体为何将DNA分裂成染色体。而且，令研究人员惊讶的是，这些变化对酵母（Saccharomyces cerevisiae）的大多数功能影响很小。

纽约大学的遗传学家杰夫·波克（Jef Boeke）说：“最大的震撼力是什么，您可以摆脱它，酵母似乎耸了耸肩”，他的团队将酵母基因组插入了一对染色体1。一个来自中国的研究小组使用了一种不同的技术来制备一种“荣uper-染色体” sup> 2的酵母。两个小组都于8月1日在《自然》杂志上报告了他们的发现。

遗传学101

酵母属于真核生物，是人类，植物和动物的生命分支，其细胞将遗传物质储存在膜结合的核中。但是，真核生物拥有的染色体数目却千差万别，似乎与它们拥有的遗传信息的数量无关。在人类中，遗传物质分布在46条染色体上，而雄性千斤顶蚂蚁（Myrmecia pilosula）只有1条。单细胞啤酒酵母的基因组长1200万个DNA字母，比人类的基因组短数百倍，拥有16条染色体。

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中国科学院上海植物生理生态研究所的分子生物学家秦忠军说，“他们不知道它们为什么会有如此不同的数目”，他的团队创造了孤染色体酵母菌株。“泪以为这可能是随机的。”？/ p>

秦和他的同事认为，如果有机体的染色体数量减少到偶然的程度，而不是基本的自然规律，那么就没有理由让酵母细胞只具有1条染色体而不是16条染色体。过去，研究人员将两个3-甚至四个4-酵母染色体融合在一起，另一个研究小组将16条染色体分为33条。所有产品都有活细胞5。但是没有人进行过秦和他的同事几年前开始做的极端基因手术。

他们最初的尝试以失败告终-直到他们求助于基因组编辑工具CRISPR'as9，该工具善于切除特定的DNA序列。Qin和他的同事使用CRISPR去除了端粒的DNA，端粒是保护染色体免于降解的染色体末端。他们还剔除了着丝粒，中间的序列对DNA复制很重要。

这些变化为整洁工作铺平了道路，这将使家庭组织大师Marie Kondo感到自豪。研究人员首先融合了两条染色体，然后将该产物与另一条染色体融合在一起，并在随后的几轮中又与另一条和另一条融合在一起，直到它们被留下了孤染色体酵母菌株（参见“小酵母”）。

Boeke团队还使用CRISPR去除了多余的端粒和着丝粒，以产生染色体逐渐减少的菌株。他们最终得到了具有两个超长染色体的酵母菌株，但是他们无法使这对融合为一个。（Boeke还在领导一项单独的国际努力，从头开始合成整个酵母基因组。）

造成这种差异的一种解释是，秦队还抛弃了19个重复的DNA片段。秦说，这些序列可能干扰了细胞将两条染色体缝合成一条的机制。博克说，或者说，这可能是偶然的：大约有1019种不同的方式将酵母16条染色体排列成1条，而中国团队可能只是成功地组合了一个成功的组合。

成长的烦恼

在显微镜下，两种“酵母”酵母菌株看起来都是正常的，染色体数目的变化对其基因活性几乎没有影响。但是，尽管Boeke菌株经历了正常的无性繁殖并像16染色体菌株一样高效生长，但孤染色体酵母的分裂却更加缓慢。

在两个菌株中唯一的主要缺陷是在有性生殖中，其中具有两个基因组拷贝的酵母细胞产生了仅具有一个的“荣孔”。中国团队的单染色体菌株通过交配使基因组倍增，其孢子产生量比正常酵母生长得更加缓慢。

Boeke和他的同事在尝试诱使具有不同染色体数的酵母菌株产生孢子时发现了缺陷。Boeke说，这种遗传上的不相容性可以用来防止释放到环境中的合成酵母与野生菌株交配。他还指出，两染色体酵母可能具有不同的种类，因为尽管它的DNA几乎相同，但它可以与普通酵母一起繁殖。

法国尼斯科特迪瓦大学的遗传学家Gianni Liti说，科学家倾向于将DNA序列变化的作用放在创造新物种上，但是这些研究表明天然染色体融合也可能起作用。 ，他审阅了论文并撰写了随笔6。

西雅图华盛顿大学的计算生物学家威廉·诺布尔（William Noble）表示，研究这种菌株可以帮助解释为什么几乎所有真核生物都将其DNA分配到多个染色体中。他说：“为什么要打扰？”“您只需要一个，那就是“极速剃须刀”解决方案。