困扰生命科学界的一个基础问题终于有了答案。

　　15日深夜，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）周金秋研究团队在国际学术期刊《细胞》（Cell）发表研究成果，构建出世界首个不含任何剪接体内含子的真核细胞，并证明：当所有内含子都删除后，剪接体不再是真核细胞生存所必需。这项成果为探索真核生物起源与演化、构建最小真核基因组提供了新的实验平台。

如何让研究时长压缩近一半？

　　如果把真核生物的遗传信息比作一本“生命说明书”，这本说明书里的文字其实并不连贯。其中真正有用的核心指令被称为外显子，而夹杂在中间、看似多余的“废话片段”则被称为内含子。每当细胞读取信息时，必须把这些段落准确删除，才能拼出真正有用的“阅读内容”，负责删除工作的分子机器叫做剪接体。由于几乎所有真核生物都拥有内含子和剪接体。长期以来，科学界普遍认为，剪接体是真核生命不可或缺的重要分子机器。然而，这一认识始终缺乏直接的实验验证。“我们真正感兴趣的问题，是最简单的真核细胞没有内含子还能不能活。我们的研究第一次给这个问题提供了一个明确的‘Yes（是）’。”周金秋说。

　　提出问题简单，做起来却异常困难。研究团队选择了单条染色体的酿酒酵母作为研究对象。早在2018年，他们便参与了世界首个单条染色体酿酒酵母细胞的功能验证，为此次研究奠定了重要基础。这株酵母的全基因组中有288个基因携带300个剪接体内含子，是研究内含子的理想模型。“如果采用传统方法，一个一个删除300个内含子，按照每完成一次基因编辑通常需要两到三周时间计算的话，全部完成至少需要12年。但是，没人能等12年。”周金秋坦言道，为了破解这一难题，团队设计出一套“分头施工、重组拼装”的技术路线：分别在两种不同交配型的单倍体细胞中平行删除不同内含子，再通过二倍体细胞中的染色体重组和减数分裂，把不同细胞中的删除结果整合到同一个细胞里。简单来说，过去是一名研究人员依次完成300项工作，如今则变成“多人同时施工，最后统一拼装”。

　　最终，这一策略大幅提高了研究效率，把原本预计至少12年的实验压缩到约6年。项目于2019年启动，2022年完成关键阶段性突破，2025年最终获得完全不含剪接体内含子的真核细胞。

人类细胞是否也能删除内含子？

　　令人惊讶的是，失去了所有内含子的细胞虽然生长速度变慢了，却依然能够正常存活。研究表明，细胞“减速”主要是因为核糖体的生物合成受到了影响，导致蛋白质生产效率下降，但这并不妨碍其维持最基本的生命活动。顺着这一线索，团队继续将剪接体的多个核心组分也一并删除，细胞仍然存活。这意味着，剪接体的存在并非为了维持细胞生命本身，而是因为内含子的存在才演化出来。周金秋说，当细胞中已经没有任何内含子需要剪除时，这套复杂的分子机器便不再承担维持生命的必需功能。该发现首次从实验上证明，剪接体的核心功能是负责内含子移除。

　　目前，国际上不少研究团队都在探索“最小真核细胞”的构建路径，希望尽可能弄清楚一个真核细胞究竟需要哪些基因、哪些结构才能维持生命活动。这项研究迈出了关键一步，不仅为研究内含子的起源与演化、RNA剪接机制提供了前所未有的实验体系，也为构建最小真核基因组提供了重要参考。

　　那么，人体细胞也能删除内含子吗？周金秋指出，人体细胞与酵母细胞差异巨大，此项研究并不意味着人体细胞可简单删除内含子。“这项研究探讨的是生命演化早期的底座问题，而不是高等生物是否可以没有内含子。在漫长的进化中，大量内含子已承担调控基因表达、影响细胞功能等新任务，部分内含子的剪接异常甚至与疾病密切相关。”他表示，基础研究常源于对生命本源的好奇，真正的重要发现往往在回答这些最基础的问题过程中产生，“这也是我们投入到这项研究的初衷。”

　　据介绍，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心、核糖核酸功能与应用全国重点实验室周金秋研究员为研究的通讯作者，博士研究生满鑫和张文婷为共同第一作者。该工作获国家自然科学基金原创探索项目及科技部国家重点研发计划等项目资助。