北京日报客户端 | 记者 刘苏雅
历时4年研究，我国科学家在全球首次实现了哺乳动物完整染色体的可编程连接，并创建出具有全新染色体组型的小鼠——“小竹”。8月26日，相关研究成果在国际学术期刊《科学》在线发表。该工作是生物工程技术领域的重要突破，为深入认识哺乳动物染色体大规模重构等结构变异及其对生长发育、繁殖演化乃至物种形成等分子机制拓展了研究策略，并奠定相应的技术平台。
同一物种的染色体在细胞中的组成及形态特征被称为核型，它是高度保守的，不易发生改变。但在漫长的生物演化过程中，染色体也会发生重排，这是物种进化的重要驱动力。啮齿类动物每百万年会积累3.2至3.5种染色体重排；人类的2号染色体则是在灵长类动物进化过程中，由两条端着丝粒染色体融合形成，而这两条染色体在黑猩猩的遗传物质中仍是分离的。
近年来，染色体精准重排率先在酵母基因组获得成功。但哺乳动物的基因组要复杂得多，此前，对哺乳动物染色体的重排只限于亚染色体水平。
我国科研人员打破了这一技术瓶颈。中国科学院动物研究所、北京干细胞与再生医学研究院研究员李伟与周琪团队合作，利用小鼠单倍体胚胎干细胞和基因编辑工具，成功将最长的染色体1号和2号进行正反连接，并将中等长度的5号和4号染色体进行首尾连接，同时发现在染色体连接过程中，可能会发生染色体的断裂和重新连接。这表明来自实验小鼠的两条独立存在的染色体在基因编辑后，可以以非同源末端连接修复的方式连接为一条染色体。
染色体连接小鼠“小竹”就是这样诞生的。其外表看似与普通小鼠无异，实则拥有世界上不曾存在的全新、独特染色体组型。这意味着我国科学家在全球首次实现了哺乳动物的完整染色体重排，取得了合成生物学领域新的突破。连接后的染色体还能够传递到后代小鼠，且进一步交配可以产生纯合小鼠，证明了两条染色体的连接不会导致绝对的生殖隔离，但携带连接染色体的小鼠生殖力明显下降。
这项研究首次建立了哺乳动物完整染色体可编程连接的新技术，为哺乳动物合成生物学增添了新的研究工具，为进化生物学研究提供了新思路，为探索染色体重排所致疾病的治疗方法提供了新技术手段。
