來源：中國科普博覽（ID：kepubolan）

人民網北京3月10日電（記者趙永新）大姑娘出嫁——頭一回！3月10日出版的國際頂級學術期刊《科學》，以封面的形式同時刊發了中國科學家的4篇研究長文！

由天津大學、清華大學和華大基因分别完成的這4篇長文，介紹了真核生物基因組設計與化學合成方面的系列重大突破：完成了4條真核生物釀酒酵母染色體的從頭設計與化學合成——要知道，釀酒酵母總共有16條染色體，此前國際同行奮鬥多年才發現了一條。

參與國際釀酒酵母基因組合成計劃的中國科學家代表，自左至右依次為：李炳志、戴俊彪、楊煥明、元英進、沈玥。記者趙永新攝

什麼是染色體？

不幸的孟德爾最終幸運地得到了承認，被追認為遺傳學之父。現在，整個生物界都知道，是孟德爾所說的遺傳因子，即後來丹麥遺傳學家約翰森進一步清楚界定所提出的基因，決定了生物的遺傳。但是，基因或遺傳因子究竟在細胞内的什麼地方？這是遺傳學必須回答的問題。

早在1883年，魯克斯（W·Roux）就觀察到細胞核内能被染色的絲狀體。1888年，沃爾德耶（W·Waldeyer）稱這種絲狀體為“染色體”（chromosome），并猜測染色體與遺傳有關。1902年，博韋裡（T·Boveri）和薩頓（W·S·Sutton）指出，染色體在細胞分裂中的行為與孟德爾的遺傳因子平行：兩者在體細胞中都成對存在，而在生殖細胞中則是成單的；成對的染色體或遺傳因子在細胞減數分裂時彼此分離，進入不同的子細胞中，不同對的染色體或遺傳因子可以自由組合。因而，博韋裡和薩頓認為，染色體很可能是遺傳因子的載體。這是一個有科學依據的假說，但假說仍然需要科學實驗的證實，這一科學曆史使命落到了摩爾根（H·Morgan）的肩上。

在講摩爾根的故事之前，我們先來認識染色體，了解一下現代關于染色體超微結構的概念。染色體的主要化學成份是脫氧核糖核酸（DNA）和5種稱為組蛋白的蛋白質。核小體是染色體結構的最基本單位。核小體的核心是由4種組蛋白（H2A、H2B、H3和H4）各兩個分子構成的扁球狀8聚體。現在我們知道，DNA分子具有典型的雙螺旋結構，一個DNA分子就像是一條長長的雙螺旋的飄帶。一條染色體有一個DAN分子。如右圖（a）所示，DNA雙螺旋依次在每個組蛋白8聚體分子的表面盤繞約1.75圈，其長度相當于140個堿基對。組蛋白8聚體與其表面上盤繞的DNA分子共同構成核小體。在相鄰的兩個核小體之間，有長約50-60個堿基對的DNA連接線。在相鄰的連接線之間結合着一個第5種組蛋白（H1）的分子。密集成串的核小體形成了核質中的100埃左右的纖維，這就是染色體的“一級結構”。在這裡，DNA分子大約被壓縮了7倍。

染色體的一級結構經螺旋化形成中空的線狀體，稱為螺線體或核絲，這是染色體的“二級結構”，其外徑約300埃，内徑100埃，相鄰螺旋間距為110埃。螺絲體的每一周螺旋包括6個核小體，因此DNA的長度在這個等級上又被再壓縮了6倍。

300埃左右的螺線體（二級結構）再進一步螺旋化，形成直徑為0.4μ的筒狀體，稱為超螺旋體。這就是染色體的“三級結構”。到這裡，DNA又再被壓縮了40倍。超螺旋體進一步折疊盤繞後，形成染色單體——染色體的“四級結構”。兩條染色單體組成一條染色體。到這裡，DNA的長度又再被壓縮了5倍。從染色體的一級結構到四級結構，DNA分子一共被壓縮了7×40×5=8400倍。例如，人的染色體中DNA分子伸展開來的長度平均約為幾個厘米，而染色體被壓縮到隻有幾個微米長。

染色體在細胞分裂之前才形成。在細胞的代謝期或間期，染色體分散成一級結構或伸展開的DNA分子，組成細胞核内的染色質或核質。

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