CGM第513期：合成着丝粒驱动下的玉米染色体裂变与核型改造

在玉米中激活第4号染色体上的合成着丝粒会导致染色体断裂，并产生三体状态的新染色体片段（称为“新染色体”，neochromosomes）。然而，这些新染色体由于三体状态而存在传递效率低、遗传不稳定等问题。为解决这一限制，本研究通过雄性杂交（依赖花粉竞争）筛选双着丝粒重组个体，成功获得了稳定的第4号染色体裂解事件，形成了互为补充的4a-4b染色体对，其中4a携带天然着丝粒，4b则携带合成着丝粒。细胞通过新生端粒的形成快速稳定了染色体断端，而新形成的合成着丝粒虽位于基因区域，却未对基因表达造成影响。

当4a和4b染色体均实现纯合后，它们在减数分裂过程中的行为与野生型染色体无异，可产生健康植株且种子结实正常。值得注意的是，4b染色体的遗传符合经典孟德尔遗传规律，首次全面验证了合成着丝粒在有丝分裂和减数分裂过程中的全功能性。本研究利用合成着丝粒实现了染色体的人工裂解，使玉米的二倍体染色体数由20条增至22条，展现了合成生物学在植物染色体工程中的巨大潜力。