酵母是一种人们熟悉的真菌，广泛用于酿酒以及面包和馒头制作中的发酵。酿酒酵母有16条染色体（单倍体），可是最近《自然》杂志上发表的一篇论文中，科学家们把16条染色体合而为一，创造了一个只有一条染色体的酵母。这是一篇具有里程碑意义的研究，而且作者是由中科院的覃重军研究员（图0）领衔的一群中国科学家，因此各大媒体争相报导，一时在网上引起非常广泛的热议。为了帮助大家进一步了解这一项研究，这里做一些稍微深入的解读。为了说明问题，我们不得不在文章中动用一些专业术语，这或许会让非专业人士感到头疼。不过，你即使跳过这些术语，也仍然会获得一些有趣的信息。

图0：覃重军研究员。

一、什么是染色体

染色体（chromosome）是由DNA和蛋白质组成的（图1）。人们最初在光学显微镜下观察到染色体的时候还不知道它的功能，只知道它很容易被染料染上很深的颜色，于是取名叫染色体。这个名字比较随便。如果当初的先贤能预料到它们的作用如此重要，或许会取一个深刻一些的名字。染色体中的DNA就是基因组的载体。真核生物中的染色质和染色体是同一物质，在不需要严格区分的情况下，我们统称为染色体。

DNA（脱氧核糖核酸）由脱氧核苷酸组成。每个脱氧核苷酸含有一个脱氧核糖、一个磷酸和一个碱基。DNA共含有4种碱基，就是我们经常说的A C G T。由于染色体DNA以双链的形式存在，我们常用碱基对（basepair, bp）来表示DNA链的大小（或者说长短）。1000 bp是1 kb，1000 kb是 1 Mb，1000 Mb是1 Gb。

我们知道基因组记载了生物生理结构和功能所需的全部信息。如果我们把基因组比作一部操作法，那么染色体就相当于这套《基因组》的若干分册，比如我们人类体细胞核里有46条染色体，此外线粒体中还有一条染色体，就像46本厚薄不一的书和一本薄薄的小册子。

图1：从DNA 到染色体。

二、大大小小的基因组

不同生物基因组的规模五花八门。既然基因组是生物结构与功能的操作法，那么复杂的生物理应拥有更大的基因组——这个推理是对的，基因组的大小与生物的复杂程度确实存在一定的相关性（图2），比如细菌的基因组通常比较小，大肠杆菌的基因组是4.6 Mb；而哺乳动物的基因组很大，人类的单倍体基因组是3.3 Gb。不过例外也很多：一些植物的基因组超过100 Gb，是人类基因组的几十倍；一些两栖动物和肺鱼的基因组也比哺乳动物的基因组大得多，而这些生物显然不如人类复杂。因为不同生物的基因组的“精炼”程度是不同的，就像字数多的书未必包含的信息就多，也可能是编写简单或者废话和乱码比较多。大肠杆菌的基因组大部分都用来编码蛋白质，而人类基因组中编码区不足2%。人类基因组一半左右的序列是转座子，另外还有很多其他的重复序列，这些序列的作用至今还了解很少。可想而知，那些两栖动物的巨大的基因组里这种不太有用的序列肯定比例极高。一般认为需要快速繁殖的单细胞生物的基因组会比较紧凑，这样可以节约能量，比如细菌的基因组。作为单细胞真核生物的酵母，有着与细菌相似的生活方式，它们的基因组也比较小。不过例外总是有的，有一种变形虫的基因组高达600多Gb，是已知最大的基因组，但这并不妨碍它们过着单细胞的生活。

图2：基因组大小的范围。

三、多多少少的染色体

既然基因组操作法是一部大书，那么这部书分成几册似乎也应该颇有讲究。原核生物的基因组只有一条染色体，也就是不管大小都是一册书，而且原核生物的染色体是环形的，相当于书没有封皮，无头无尾。真核细胞的线粒体和叶绿体起源于细菌，它们的染色体也是环形的。真核细胞核基因组的染色体则是线性的，而且通常不止一条，相当于一部书的分册，每一册都有书脊（着丝粒）和封皮（端粒）。按照我们日常的经验，一部书只装成厚厚的一本拿着很不方便，而且容易损坏，而如果装成很多薄本又会比较麻烦，所以应该在书的厚度与册子的多少上有一个权衡，册数应该有一个最优的范围。