若想将一条长达1.5米的双链DNA塞进一个直径仅为其三万分之一的球形细胞核中，很显然，DNA必须以一种相当复杂的方式进行包装（packaging）。在包装这样一条长链分子的同时，基因必须易于被其他分子接近，并且整条DNA分子能够被完整复制，如此才能保证DNA能被正确复制，并且传递至每个子细胞中。在细胞分裂的过程中，原本弥散分布于细胞核内无法直接观察到的DNA分子经过卷曲与超螺旋凝缩（condensation）过程形成了清晰可见的染色体，这是我们在遗传学书籍中可以常常看到的图像（如图8c、8d、8e所示）。在染色体凝缩的过程中，核膜会瓦解，染色体被分配至每个子细胞中（详见第4章内容）。随后，每个子细胞会重新形成细胞核，而在此期间，刚性与棒状的染色体将失去其独立结构特性，重新解体并合并至子细胞的细胞核中。在非分裂时期（间期）中，染色体位于细胞核何处的问题在一个世纪后终于得到了答案，这要归功于1969年乔·盖尔（Joe Gall）与玛丽-卢·帕杜（Mary-Lou Pardue）所研发的荧光原位杂交技术。染色体涂染是一种基于荧光原位杂交原理的技术，可通过多个荧光探针识别在间期细胞核内的单条染色体。染色体涂染的结果显示，每条染色体在细胞核内均占据一片独立区域，通常附着于核纤层，所有染色体约占细胞核空间的一半，而其余的空间则被细胞核内其他成分，如核仁与卡哈尔体所填充（详见下文）。细胞核的内容物并非静止不动，而是会通过耗能作用，在长距离或短距离范围内匀速流动。

图8 DNA与染色体

a.**的DNA与核小体组成“串珠”结构；b.细胞核内的染色质纤维；c.一组人类染色体（称为核型，karyotype）；d.最终凝缩过程中的染色体；e.人类中期染色体

虽然DNA在原核生物中呈“**”状，但在真核细胞中，它常常与其他分子相结合，并通过一系列步骤完成其包装过程。人类的DNA首先与一组被称为组蛋白的结构蛋白相结合。在包装的第一阶段，八个组蛋白分子将DNA进行两次包裹，呈现出“串珠”状的外观，这一结构被称为核小体（如图8a所示）。随后，相邻的核小体通过与另一种H1组蛋白以锯齿状相互连接，形成了直径为10纳米的纤维。最后，该纤维进一步被扭成直径为30纳米的中空螺线管结构，即染色质。染色质是真核生物DNA经过包装后所形成的标准结构（如图8b所示），可进一步细分为两种形式，分别为异染色质与常染色质。异染色质的包装更为紧密，染色时呈现出较深的颜色，常常分布于细胞核内部边缘区域（如图7a所示）。异染色质中的大多数DNA具有重复了数千次的短核苷酸碱基序列（重复DNA），很可能行使结构功能而非遗传功能，将DNA锚定于细胞核内。与之相反，常染色质的凝缩程度相对较低，染色也相对较浅，但几乎包含了DNA中所有的遗传组分。当间期的染色体在分裂前进行最终的凝缩时，常染色质与异染色质将沿着染色体所在位置形成明暗交替的区块，经染色后呈现出连续的明暗相间的条带模式。这种纵向的条带为我们提供了一个“路线图”——不仅可以将某个基因准确定位于某条染色体上，还可以将其定位于该染色体的特定位置上。在染色体最终凝缩过程中，染色质将实现进一步环化、折叠、卷曲与超螺旋，从而将总DNA长度大大减小，此时染色体中DNA的包装比将达到10 000∶1（如图8c、8d、8e所示）。我们可以通过以下类比来进行直观感受：染色体DNA的折叠就如同将一根横跨足球场长度的跳绳折叠至大约半英寸（1英寸=2.54厘米）长。最近的研究表明，人类最大的染色体（1号染色体）内含有2.46亿个碱基对的DNA，其序列的破坏与包括癌症、神经系统疾病和发育异常在内的350多种人类疾病密切相关。

目前，人类已完成了基因组测序工作，因此可能会有人提出染色体本身可能已经变得不那么重要，毕竟个体的DNA已经可以通过计算机进行分析，并与正常或异常的情况进行对比。但值得注意的是，直到撰写本文的这一刻，地球上仅有7个人的DNA被完整测序。这些人包括DNA解码的先驱克雷格·文特尔（Craig Venter）、詹姆斯·沃森、两名韩国人、一名中国人、一名优鲁巴人（来自尼日利亚部落中的一位成员）和一名白血病患者。在2003年，完成第一个人类基因组的测序费用约为5亿美元，而最近一次检测的费用也接近25万美元。为了使测序成为切实可行的诊断程序，其成本需要控制在1000美元以内。随着技术革新，这一目标很可能将在不久的将来得以实现[1]。然而，阻碍基因组应用于医学的主要原因在于癌症、糖尿病或阿尔茨海默病等疾病总是与多种DNA变异相关，因此很难为药物干预或诊断指标提供明确的靶标，从而限制了基于个人基因组的个性化医疗的发展（至少目前仍是如此）。最近，惠康基金会（Wellcome Foundation）公布了一项计划，拟对包括健康人与罹患不同疾病的人群在内的1000名个体进行基因组测序，这将为我们带来具有统计学意义的对比结果。