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酵母仍然生长但不能总是繁殖当他们的16条染色体融合成两条时

2019-04-03 09:59:45 • 来源：

一项刚刚在“自然”杂志上发表的一项研究发现，贝克的酵母在经过大规模重组后生存和生长，而不是基因，而是染色体上层结构，它们容纳，保护和控制DNA代码的获取。

酵母仍然生长但不能总是繁殖当他们的16条染色体融合成两条时

由纽约大学医学院的领导下，一个研究团队融合在一起染色体的阶段，直到6000个基因在物种的单细胞真菌的酿酒酵母，分别包含在两个巨大的染色体，而不是在每个细胞核中自然发生的16。研究人员还发现，如果从他们的每个“父母”遗传的染色体数量之间的差异变得太大，这种酵母物种的成员就不能再制造出可行的生殖细胞。

研究作者说，在酵母菌株之间进行这种“生殖隔离”工程必须实现酵母样回收农业废弃物制造燃料的某些希望的未来应用，或通过补充牲畜饲料来对抗饥饿。这种努力需要产生可以释放到田间的菌株，但是不能与天然存在的酵母交配以改变生态系统。

将来，更好地了解染色体如何被复制和分配到性细胞中 - 酵母中的孢子;人类的卵子和精子 - 可能会提出一些方法来对抗造成人体细胞传递过短，太长，缺失或多余染色体的错误。这些事件是流产和精神发育迟滞的主要原因，包括唐氏综合症，其中胚胎接受第21条人类染色体的额外拷贝。酵母染色体与人类相似，可以为研究提供良好的模型。

“我们发现酵母可以耐受染色体数量的急剧变化，而不会破坏基因在其中的作用，更多证据表明它们作为工程平台的稳健性，”高级研究作者，研究所所长Jef Boeke博士说。 NYU Langone Health的系统遗传学。“除了应用之外，这项工作揭示了偶然的染色体重复和进化融合的野生轨迹，使一个蚂蚁物种只有一对染色体，人类有23对，一种蝴蝶有220种。我们正在学习如何一个物种变成两个。“

十六分为二

研究结果涉及染色体，即大的蛋白质束，在接收到正确的信号后，通过细胞机器展开以便阅读每种细胞类型中手头的工作所需的DNA指令。当需要在细胞分裂之前复制整个遗传密码时，所有染色体都会解开，其中一个细胞变成两个细胞。这种分裂或者在生长期间(有丝分裂)产生更多基因相同的细胞，或者进一步分割产生性细胞的亲本细胞的染色体轮(减数分裂)，然后可以与其他性细胞结合以产生新的生物体。

随着细胞准备分裂使得每个得到的细胞获得其适当的DNA份额，新复制的染色体通过称为着丝粒的特殊DNA组连接，产生具有四个染色体“臂”的对。每个臂都被称为端粒的DNA组封端，这些DNA可防止酶，否则会破坏暴露的尖端。

目前的研究作者使用着名的CRISPR-Cas9基因编辑技术从整套酵母染色体(基因组)中切出14个着丝粒和28个端粒。在没有这些端粒或着丝粒的情况下，剩余的DNA链逐步融合，直到仅剩下两个，每个含有大约一半的酿酒酵母物种的遗传物质。

有趣的是，该团队无法生成一个活酵母菌株，只有一个染色体对容纳其所有基因。作者说，这可能是因为在新菌株中运作的两条大染色体的臂上有大约590万个DNA分子字母(碱基)，接近最大长度限制。比这长，并且当细胞分裂时，手臂可能会将其末端截断。

值得注意的是，研究人员发现，染色体长度达到自然界最大尺寸的四倍的酵母存活，通过有丝分裂以与天然菌株大致相同的速率分裂和增殖(生长)。

然而，当团队从具有不同染色体数目的酵母菌株的杂交中取出后代，然后诱导杂交的后代通过减数分裂制造性细胞时，产生活孢子的能力在下一代中下降，因为差异在两者之间增加。他们父母的染色体数目。该团队推测这是因为这种性细胞内的染色体不再排列，因此在细胞分裂过程中DNA可以被正确分割，留下一些致死的DNA剂量异常。

实验表明，8个染色体数量的差异，比如8次融合后，足以使工程菌株与其祖先物种杂交，从而实现对于预想的应用非常重要的繁殖隔离。当一个物种的两个成员不能再杂交时，他们就不能再混合DNA并随着时间的推移积累不同的遗传变化。Boeke说，这开始了他们成为不同物种的过程。

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