在自然界的进化过程中,动物染色体数量的改变可能需要数百万代才能发生? 现在,科学家们已经能够在相对眨眼的时间内对实验室小鼠做出这些相同的改变。
新技术采用基因编辑是一项重大成就,研究小组希望这项成就能够更多地揭示染色体的重新排列如何影响动物随着时间的推移而进化的方式。
是在染色体上吗? 细胞内的那些蛋白质和DNA串? 我们找到了从父母那里遗传下来的基因,这些基因融合在一起造就了我们。
对于小鼠和人类等哺乳动物来说,染色体通常是配对的。 但也有例外,例如性细胞。
未受精的胚胎干细胞通常是修补 DNA 的最佳起点。 然而,缺乏精子细胞提供的额外染色体组,使得细胞在协商哪些染色体将被标记为活跃基因以完成构建身体的工作时,失去了重要的一步。
这个流程 ? 叫印记? 对于热衷于重组大块基因组的工程师来说,这是一个绊脚石。
“基因组印记经常丢失,这意味着有关哪些基因应该活跃的信息在单倍体胚胎干细胞中消失,限制了它们的多能性和基因工程,”说中国科学院生物学家王立斌。
“我们最近发现,通过删除三个印记区域,我们可以在细胞中建立稳定的类似精子的印记模式。”
如果没有这三个自然印记区域,持久的染色体融合是可能的。 在实验中,研究人员将两条中等大小的染色体(4 和 5)和两条最大的染色体(1 和 2)以两个不同的方向融合,从而产生三种不同的排列。
就将遗传密码传递给小鼠后代而言,4号和5号染色体的融合是最成功的,尽管繁殖速度比正常情况要慢。
1 号和 2 号融合之一没有产生小鼠后代,而另一个则产生比 4 号和 5 号染色体融合的小鼠后代更慢、更大、更焦虑的小鼠后代。
研究人员表示,生育率下降是由于染色体排列后的分离方式造成的,而这种分离是不会以正常方式发生的。 这表明染色体重排对于生殖隔离? 物种能够进化并保持独立的关键部分。
“经过 100 多年的人工培育,实验室家鼠一直保持着标准的 40 条染色体核型,或者说生物体染色体的全貌。”说同样来自中国科学院的生物学家李志坤。
“然而,在较长的时间尺度上,由染色体重排引起的核型变化很常见。啮齿类动物每百万年有 3.2 至 3.5 次重排,而灵长类动物有 1.6 次。”
综上所述,染色体重排的罕见飞跃有助于指导我们祖先的进化道路。 例如,大猩猩中保持分离的染色体在人类基因组中融合成一条。
这些类型的变化每几百年就会发生一次。 虽然实验室进行的基因编辑规模相对较小,但迹象表明它们可能会对相关动物产生一些巨大的影响。
现在还为时尚早吗? 这毕竟是科学第一? 但更进一步,可能有机会纠正人类血统中错位或畸形的染色体。 我们知道,在个体中,染色体融合和重新定位可能导致包括儿童白血病在内的健康问题。
“我们通过实验证明,染色体重排事件是物种进化背后的驱动力,对于生殖隔离很重要,为哺乳动物中大规模 DNA 工程提供了潜在途径,”说李。
该研究发表于科学。