細胞核內遺傳物質的空間排列在生物體的發育中起重要作用。近日，巴塞爾大學的一個研究小組與哈佛大學的科學家合作，開發了一種追蹤單個細胞中染色體的方法。使用這種方法，作者能夠證明染色體在胚胎發育過程中重組的現象。該研究最近發表在《molecular cell》雜誌上。

我們的身體由功能最多樣化的各種細胞組成。但是，無論是心髒，肝髒還是神經細胞，它們都包含相同的遺傳信息。細胞發育不同的原因是僅讀取其染色體的一部分。這導致某些基因處於活躍狀態，而另一些則處於沉默狀態。

對於基因激活，基因的包裝方式以及它們在細胞核中的空間組織都起著決定性的作用。巴塞爾大學Biozentrum的Susan Mango教授團隊現在對染色體這種3D架構進行了更深入的研究。通過使用一種新技術，他們能夠在線蟲的胚胎發育過程中追蹤單個染色體，並顯示它們在早期階段會發生重新排列。

如果完全伸展，細胞的所有DNA分子的長度將達到兩米左右。因此，必須將DNA緊密包裝，以適合僅幾微米大小的細胞核。 DNA鏈非常緊密地盤繞並扭曲形成了節省空間的結構，稱為染色體。染色體DNA的包裝和排列決定了基因的活性。

在研究中，以Susan Mango教授為首的研究人員以線蟲的胚胎細胞為模型，研究了單個染色體在早期胚胎發育過程中的組織特性。 “通過使用新技術，我們能夠在胚胎發生開始時追蹤單個細胞中染色體的空間重排。這種方法的優點是細胞和組織能夠保持完整。”

眾所周知，染色體結構域分為活躍和不活躍兩個部分。該研究的第一作者Ahilya Sawh說：“然而，在早期胚胎發生過程中，染色體的組織方式有所不同。在早期的胚胎中，它們被組織成一個非常規的杠鈴狀結構，其非活性區室被中央活性區隔開。”研究人員發現，要實現這種杠鈴排列，就需要核層板(位於細胞核內表麵的蛋白質網)的參與，後者能夠附著在非活動部分並拉伸染色體。

作者解釋說：“隻有在胚胎發育的後期階段，我們才看到染色體分離成為活躍和不活躍的區域。利用染色體追蹤手段，我們能夠繪製整個3D染色體結構圖，並首次顯示出染色體在早期發育過程中會發生重排。”

染色體的重組伴隨著細胞的成熟，代表了複雜生物體發展的裏程碑。正確的染色體結構對於預防發育障礙至關重要。