中国首创人造单染色体真核细胞，16条染色体合成

日前，中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所合成生物学重点实验室传来喜讯，覃重军研究团队经过四年的艰苦攻关，联手国内外合作伙伴在国际上率先人工创建了单条染色体的真核细胞，这一重大突破在合成生物学领域堪称里程碑式的事件。相关成果于北京时间8月2日在线发表于国际知名学术期刊《自然》。对于这一创举，人们不禁好奇：能否用一条线型染色体装载所有遗传物质？覃重军研究团队对此进行了大胆猜想，并以酿酒酵母为研究对象展开实验。他们通过基因编辑技术，借助CRISPR—Cas9编辑系统的精准操作，完成了对酿酒酵母的天然染色体的重塑。覃重军解释道，真核生物不同于原核生物，其基因组分散在多条染色体上，数量因物种而异。他设想是否可以通过人工干预打破物种的界限，将真核生物的复杂生命体系简化为单条染色体的形式。经过一系列实验验证，他们确定了创建单条染色体的可行性。在实验过程中，研究团队经历了多轮染色体融合。他们采用酿酒酵母作为实验材料，利用其作为单细胞真核生物的特点以及分子生物学领域半个世纪的研究成果，逐步完成了从两条到多条染色体的融合。最终成功创建了只有一条线型染色体的酵母SY14菌株。人工改造的酵母细胞表现出稳健性，没有表现出重大的生长缺陷。研究团队还深入鉴定了SY14的代谢、生理和繁殖功能及其染色体的三维结构，结果显示单染色体酵母的转录组和表型谱与野生型几乎相同。这一重大突破不仅为合成生物学领域带来了新的研究方向，也为人们理解生命的本质提供了更为简洁的模型。覃重军研究团队的这一成果展示了人类通过科技手段创造生命的可能性，也引发了人们对于生命起源和生命本质的深度思考。在生命的微观世界中，一场革命性的变革正在悄然发生。我们目睹的，不仅仅是染色体融合后的形态变化，更深层次的是生命的本质正在被重新解读。科学家们通过人工改造酵母细胞，成功实现了染色体的融合，这一创新成果是继原核细菌“人造生命”之后的又一次重大突破。

覃重军团队的努力成果为我们揭示了融合染色体的新特性。尽管融合显著改变了染色体的三维结构，但新菌株的遗传物质与正常酿酒酵母并无太大差异。人工改造的酵母细胞表现出惊人的稳健性，在各种培养条件下都能顽强生存。这些融合染色体菌株也并非完美无缺，它们展现出了某些适应性限制和有性生殖缺陷。这也预示着它们可能会在竞争激烈的自然环境中，被天然的菌株逐渐淘汰。但这些缺陷同时也为我们揭示了拥有较多染色体的优势，为我们提供了更多探索的空间和方向。

这项研究不仅为我们理解生命的本质开辟了新的道路，也为众多生物学课题提供了新的研究模型。例如，酵母细胞成为研究染色体生物学基本概念的强大资源，包括染色体的复制、重组和分离等重要的生物学主题。值得一提的是，酿酒酵母是研究染色体异常的重要模型之一，其基因与人类基因具有很高的相似性。覃重军团队创建的单条线型染色体酵母更是为我们提供了一个绝佳的研究模型，特别是对于研究人类端粒功能及细胞衰老等领域具有重大意义。

端粒是线型染色体末端的保护结构，对于细胞的健康起着至关重要的作用。人类的衰老过程与染色体的端粒长度息息相关。随着细胞的不断分裂，端粒的长度会逐渐缩短，当端粒无法再短时，细胞就会走向死亡。端粒的缩短还与许多疾病的发生有关，包括肿瘤的形成等。这一发现为我们提供了更深入的视角来探索人类健康和疾病的原因。

这一创新研究的背后，是众多科学家们的辛勤付出和不懈努力。中科院院士、中科院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所所长韩冰表示，这次研究成功将天然复杂的酵母染色体以全新的简约化形式展现出来，这无疑是一个巨大的突破。自然科研机构中国区总监保罗·埃文斯也表示，这一成果将为研究染色体生物学的科学家提供宝贵资源。

在未来，我们期待这些创新成果能为我们带来更多的惊喜和启示，推动生命科学的研究不断向前发展，为人类的健康和生活带来更多的福祉。