凝百万年进化历程于一天 中科院编辑出融合了两条染色体的老鼠

在进化过程中，改变动物的染色体数量可能需要数百万代的累积突变，现在，科学家们已经能够眨眼间(相对进化的时间尺度而言)在小白鼠身上完成“进化”。

使用干细胞和基因编辑的新技术，该团队希望能够更多地揭示染色体重排如何影响动物随时间演化的方式。

在染色体中——细胞内的那些蛋白质和DNA链——有我们的基因，这些基因从父母那里继承而来，并融合在一起形成了我们自己。

对于像老鼠和人类这样的哺乳动物，染色体通常成对出现。也有例外，如性细胞。

未受精的胚胎干细胞通常是修补DNA的最佳起点。然而，缺乏由精子细胞提供的那组额外的染色体，细胞就不知道应该标记哪些需要优先激活的基因，以完成构建身体的工作。

这个过程——被称为印记——对于热衷于重组大块基因组的工程师来说是一个绊脚石。

“基因组印记经常丢失，这意味着单倍体胚胎干细胞中关于哪些基因应该活跃的信息消失了，限制了它们的多能性和基因工程。”中国科学院的生物学家 王立宾说。“我们最近发现，通过删除三个印记区域，我们可以在细胞中建立稳定的类似精子的印记模式。”

如果没有这三个自然印记区域，持久的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)以两个不同的方向融合在一起，形成了三种不同的排列方式。

就遗传密码传承而言，4号和5号染色体的融合是最成功的，尽管繁殖速度比正常情况慢。

1和2融合的实验鼠里，有一只无法产生后代，而另一只的小鼠后代比 4号和5号染色体融合的小鼠后代更慢、更大、更焦虑。

根据研究人员的说法，生育力的下降源于染色体对齐后不正常的分离方式。它表明染色体重排对于生殖隔离至关重要——这是物种能够进化和保持分离的关键部分。

“经过 100 多年的人工繁殖，实验室家鼠保持了标准的 40 条染色体核型。”中国科学院的生物学家李治琨说。“然而，随着时间的推移，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。”

染色体重排有助于揭示人类祖先的进化路径。例如，在大猩猩中保持分离的染色体在我们人类基因组中融合成一个。

这些类型的变化每隔几百千年就会发生一次。虽然在实验室中进行的基因编辑规模相对较小，但有迹象表明它们会对所涉及的动物产生巨大的影响。

现在还处于早期阶段——但更进一步，可能有机会修复人类血脉中未对齐或畸形的染色体。我们知道，在个体中，染色体融合和重新定位会导致健康问题，包括儿童白血病。

“我们通过实验证明，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。”李说。

该研究已发表在Science上。

https://www.sciencealert.com/scientists-just-genetically-edited-a-million-years-of-evolution-into-mouse-dna