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科学家已将一百万年的进化基因编辑成小鼠 DNA:ScienceAlert

在进化过程中,改变动物的染色体数量可能需要数百万代人才能在自然界中发生——现在,科学家们已经能够在眨眼间在实验室老鼠身上做出同样的改变。

新方法使用 干细胞 基因编辑是一项重大成就,该团队希望它能够更多地揭示染色体重排如何影响动物随着时间的推移而发育的方式。

在染色体中——细胞内的蛋白质和 DNA 链——我们发现了我们的基因,这些基因从我们的父母那里继承而来,并混合在一起形成了我们自己。

对于像老鼠和我们人类这样的哺乳动物,染色体通常成对出现。 也有例外,例如生殖细胞。

通常,未受精的胚胎干细胞是开始篡改 DNA 的最佳场所。 然而,由于缺乏由精子细胞提供的那组额外的染色体,这些细胞在与基因进行协商的重要步骤中被剥夺了,这些基因将被标记为对于构建身体的任务是活跃的。

这个过程 – 称为印记 – 对于热衷于重组大部分基因组的工程师来说一直是一个绊脚石。

“基因组印记经常丢失,这意味着有关哪些基因应该活跃的信息在单倍体胚胎干细胞中丢失,限制了多能性和基因工程,” 中国科学院生物学家王立斌。

“我们最近发现,通过删除三个印记区域,我们可以在细胞中创建一致的、类似精子的印记模式。”

如果没有这三个通常印记的区域,永久染色体融合是可能的。 在他们的实验中,研究人员将两条中等大小的染色体(4 号和 5 号)和两条最大的染色体(1 号和 2 号)在两个不同方向上组合在一起,形成了三种不同的排列方式。

在将遗传密码传递给小鼠后代方面,4 号和 5 号染色体的融合是最成功的,尽管繁殖速度比平时慢。

第一次和第二次融合中的一个没有产生小鼠后代,而另一个产生的小鼠后代比 4 号和 5 号染色体融合产生的小鼠更慢、更大、更焦虑。

根据研究人员的说法,生育力的下降是由于染色体在对齐后如何分离,这不会以自然方式发生。 这表明染色体重排至关重要 生殖隔离 物种进化和保持分离能力的重要组成部分。

“经过 100 多年的人工繁殖,实验室家鼠保留了标准的 40 条染色体核型 – 或生物体染色体的完整图像,” 中国科学院生物学家李志坤。

“然而,在较长时期内,由于染色体重排引起的核型变化很常见。啮齿动物每百万年有 3.2 到 3.5 次重排,而灵长类动物有 1.6 次。”

为了说明这一点,染色体重排的罕见飞跃有助于指导我们祖先的进化途径。 例如,在大猩猩中保持分离的染色体在我们的人类基因组中合并为一个。

这些类型的变化每隔几十万年就会发生一次。 虽然在实验室中进行的基因改造规模相对较小,但有证据表明它们可能对所涉及的动物产生一些巨大的影响。

现在还处于早期阶段——毕竟这是一个科学的开始——但随后,可能有机会纠正人类血统中未对齐或畸形的染色体。 我们知道,在个体中,染色体融合和易位会导致健康问题,包括儿童白血病。

“我们已经通过实验证明,染色体重排事件是物种进化背后的驱动力,对生殖隔离很重要,为哺乳动物大规模 DNA 工程提供了潜在途径,” 矿。

搜索发表于 科学.

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