一项刚刚在“自然”杂志上发表的一项研究发现，贝克的酵母经过大规模的重组而不是基因，而是生存，保护和控制DNA代码的染色体上层结构，从而生存和生长。

在纽约大学医学院的带领下，一个研究小组将染色体分阶段融合在一起，直到一种单细胞真菌酿酒酵母中的6,000个基因被包含在两个大的染色体中，而不是每个细胞核中的自然发生的16个染色体。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有活力的生殖细胞。

研究作者说，在酵母菌株之间进行这种“生殖隔离”工程必须实现酵母的某些希望的，未来的应用 - 如回收农业废物来制造燃料，或通过补充牲畜饲料来对抗饥饿。这样的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在性细胞中被复制和分配 - 酵母中的孢子;人体中的卵子和精子 - 可能会提出一些方法来对抗导致人体细胞传递过短，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。酵母染色体与人类染色体相似，可以为研究提供良好的模型。

“我们发现酵母能够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，系统遗传学研究所所长Jef Boeke博士说。纽约大学朗格健康。“除了应用之外，这项工作揭示了偶然的染色体重复和融合进化的狂野轨迹，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。

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可以防止酶，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)中切割出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。比这更长，并且当细胞分裂时，手臂可能会夹住它的末端。

值得注意的是，研究人员发现酵母的染色体数量是自然界中最大尺寸的四倍，并且通过有丝分裂以与天然菌株大致相同的速率分裂和繁殖(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，留下一些致命的DNA剂量异常。

实验表明，8个染色体数量的差异，比如经过8次融合，足以使工程菌株与其祖先物种杂交，实现生殖隔离对于预想的应用非常重要。当一个物种的两个成员不再杂交时，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。

与Boeke一起，本研究的作者是纽约大学Langone Health系统遗传学研究所的Jingchuan Luo和Xiaoji Sun，以及约翰霍普金斯大学医学院分子生物学和遗传学系的Brendan Cormack。这项工作得到了美国国家科学基金会资助MCB-1616111的支持。