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揭示了染色体三维结构与实现细胞生

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  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覃重军研究团队与合作者在国际上首次人工创建了单条染色体的真核细胞,该成果于北京时间今天,在国际知名学术期刊自然在线发表。

  此后,覃重军研究组进一步与各合成生物学重点实验室合作,深入鉴定SY14的代谢、生理和繁殖功能及其染色体的三维结构;发现虽然人工创建的单条线型染色体的三维结构发生了巨大变化,但SY14酵母具有正常的细胞功能,因此颠覆了染色体三维结构决定基因时空表达的传统观念,揭示了染色体三维结构与实现细胞生命功能的全新关系。

  该研究成果是通过经典分子生物学“假设驱动”与合成生物学“工程化研究模式”来探索解析生命起源与进化中重大基础科学问题的一个新范例。

  单染色体酵母的“诞生”,连同我国科学家参与的酵母染色体全人工合成工作,是继上世纪六十年代人工合成结晶牛胰岛素和tRNA之后,中国学者再一次利用合成科学策略,去回答生命科学领域一个重大的基础问题,即建立原核生物与真核生物之间基因组进化的桥梁。

  酿酒酵母是研究染色体异常的重要模型,1/3基因与具有23对染色体的人类基因同源。与天然酵母的32个端粒相比,覃重军研究团队人工创造的单条线型染色体仅有2个端粒,为研究人类端粒功能及细胞衰老提供了很好的模型。

  历经4年,通过15轮染色体融合,中科院分子植物卓越中心/植生生态所覃重军研究团队与合作者采用工程化精准设计方法,成功将天然酿酒酵母单倍体细胞的16条染色体融合为1条,染色体“16合1”后的酿酒酵母菌株被命名为SY14。

  生物学教科书中将自然界存在的生命体分为具有被核膜包裹染色体细胞核的真核生物和染色体裸露无核膜包裹的原核生物,真核生物通常含有多条线型结构的染色体,而原核生物通常含有一条环型结构的染色体。

  专家表示,该成果表明,天然复杂的生命体系可以通过人工干预变简约,甚至可以人工“创造”自然界不存在的生命。

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