(相關(guān)資料圖)

歷時4年研究，我國科學(xué)家在全球首次實現(xiàn)了哺乳動物完整染色體的可編程連接，并創(chuàng)建出具有全新染色體組型的小鼠——“小竹”。8月26日，相關(guān)研究成果在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表。該工作是生物工程技術(shù)領(lǐng)域的重要突破，為深入認(rèn)識哺乳動物染色體大規(guī)模重構(gòu)等結(jié)構(gòu)變異及其對生長發(fā)育、繁殖演化乃至物種形成等分子機制拓展了研究策略，并奠定相應(yīng)的技術(shù)平臺。

同一物種的染色體在細(xì)胞中的組成及形態(tài)特征被稱為核型，它是高度保守的，不易發(fā)生改變。但在漫長的生物演化過程中，染色體也會發(fā)生重排，這是物種進化的重要驅(qū)動力。嚙齒類動物每百萬年會積累3.2至3.5種染色體重排；人類的2號染色體則是在靈長類動物進化過程中，由兩條端著絲粒染色體融合形成，而這兩條染色體在黑猩猩的遺傳物質(zhì)中仍是分離的。

近年來，染色體精準(zhǔn)重排率先在酵母基因組獲得成功。但哺乳動物的基因組要復(fù)雜得多，此前，對哺乳動物染色體的重排只限于亞染色體水平。

我國科研人員打破了這一技術(shù)瓶頸。中國科學(xué)院動物研究所、北京干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究院研究員李偉與周琪團隊合作，利用小鼠單倍體胚胎干細(xì)胞和基因編輯工具，成功將最長的染色體1號和2號進行正反連接，并將中等長度的5號和4號染色體進行首尾連接，同時發(fā)現(xiàn)在染色體連接過程中，可能會發(fā)生染色體的斷裂和重新連接。這表明來自實驗小鼠的兩條獨立存在的染色體在基因編輯后，可以以非同源末端連接修復(fù)的方式連接為一條染色體。

染色體連接小鼠“小竹”就是這樣誕生的。其外表看似與普通小鼠無異，實則擁有世界上不曾存在的全新、獨特染色體組型。這意味著我國科學(xué)家在全球首次實現(xiàn)了哺乳動物的完整染色體重排，取得了合成生物學(xué)領(lǐng)域新的突破。連接后的染色體還能夠傳遞到后代小鼠，且進一步交配可以產(chǎn)生純合小鼠，證明了兩條染色體的連接不會導(dǎo)致絕對的生殖隔離，但攜帶連接染色體的小鼠生殖力明顯下降。

這項研究首次建立了哺乳動物完整染色體可編程連接的新技術(shù)，為哺乳動物合成生物學(xué)增添了新的研究工具，為進化生物學(xué)研究提供了新思路，為探索染色體重排所致疾病的治療方法提供了新技術(shù)手段。