埃及伊蚊基因组结构的 3D 模拟。由 6 条染色体中的每条染色体形成的延伸区域用颜色编码并单独显示（底部），并作为整个基因组的一部分一起显示（顶部）。图片来源：理论生物物理中心
说到 DNA，一只讨厌的蚊子竟然是物种间的叛逆者。
莱斯大学理论生物物理中心 (CTBP) 的研究人员是研究 DNA 新方法的先驱之一。他们没有将染色体作为遗传密码的线性序列，而是寻找有关其折叠的 3D 形状如何决定基因表达和调控的线索。
对于大多数生物来说，它们的线状染色体以两种方式之一折叠以适应细胞核。但负责传播登革热、基孔肯雅热、寨卡病毒、玛雅罗病毒和黄热病等 热带疾病的埃及伊蚊的染色体违背了这种二分法，这让 CTBP 的研究人员感到意外。
根据他们发表在《自然通讯》( Nature Communications ) 上的研究，埃及伊蚊的染色体组织成流动但定向的“液晶”，与所有其他物种不同。
“了解 DNA 是了解生命运作方式的关键，”该研究的合著者、赖斯理论物理学家彼得·沃林斯 (Peter Wolynes) 说。“我们才刚刚开始了解染色体的 3D 结构如何影响基因组的功能。”
由 CTBP 的一个团队共同领导并发表在《科学》杂志上的一项 2021 年合作研究报告称，当细胞不分裂时，染色体显示出两种结构模式之一，即细胞生命周期中的阶段，称为间期。
“在‘二型’基因组结构中——例如在人类和鸡中发现的结构——染色体形成区域并且不会混合太多，”CTBP 研究科学家 Vinícius Contessoto 说，他是该研究的主要合著者。最新研究，也是 2021 年研究的合著者。
该图显示了对细胞核施加张力对人类和蚊子基因组（红色和白色方块）染色体之间接触的影响，以及相应的 3D 模拟（彩色弦状结构）。与蚊子间期染色体相比，人类间期染色体对机械线索的敏感性较低。图片来源：理论生物物理中心
在相间期保持“二型”染色体的活跃和不活跃部分彼此分离的仍然未知的力量表现得像那些防止油和水混合在一起的力量。
“在‘一型’结构中，就像在酵母或许多植物中发现的那样，称为着丝粒的染色体区域聚集在一起，将它们折叠成相互交织的发夹状结构，并与端粒极化，”José Onuchic 说，莱斯大学的 Harry C. and Olga K. Wiess 物理学和天文学教授，以及化学和生物科学教授。
“令我惊讶的是，尽管绘制了这么多不同的物种，但它们在很大程度上仍属于这两个不同类别之一，”Wolynes 说。“埃及伊蚊是第一个真正的异常值。”
埃及伊蚊的基因组长度大约是人类基因组的一半，由 6 条大染色体组成，而人类只有 46 条。确实形成了这些拉长的领土，”Contessoto 说。
“在间期，‘二型’染色体确实非常流动，无序的东西聚集成液滴状区域，”莱斯大学 Bullard-Welch 基金会科学教授、化学、生物化学和细胞生物学、物理学教授 Wolynes 说。和天文学，以及材料科学和纳米工程以及 CTBP 的联合主任。
埃及伊蚊的染色体显示出流体特征，像油和水的液滴一样相互分离。同时，它们被压实力部分凝结，这使它们具有不寻常的形状，像一个超长的足球一样定向，表明它们的稠度也类似于水晶。
此外，如果对常规“二型”细胞核施加力并使其变形，内部染色体的组织不会受到影响。“这就像戳一个水气球——它会恢复到原来的形状。但是当我们戳蚊子细胞的细胞核时，里面的染色体模式会发生巨大变化，”Onuchic 说。
“这是'一型'染色体结构的一个有趣特征，表明存在一种可能的机制将基因调控与细胞的机械输入联系起来，”Onuchic 说。2020 年，他和合作者证实了将基因组结构与基因表达联系起来的机制的存在。
编辑：付鹏
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