所有有性繁殖的生物体必须通过减数分裂产生生殖细胞，如精子和卵子。生殖细胞只含有正常体细胞一半数量的染色体，当它们通过受精结合在一起时，染色体的数量就会恢复正常。除了减少染色体的数目，减数分裂还会打乱细胞中来自父母双方染色体上的遗传物质。在分裂成子细胞之前，通过染色体断裂、交叉互换，增加了后代的遗传多样性。
减数分裂是整个生物学中最重要的过程之一，但其基本原理仍有许多未解之谜。例如，在染色体断裂重组的混乱过程中，较小的染色体如何确保不被遗忘呢？
Sloan Kettering研究所的分子生物学家、美国国家科学院的成员Scott Keeney说：“我们早就知道，DNA双链断裂（DSB）能够引发重组，而小染色体有具有较高DSB效率。但是我们还不清楚，小染色体是如何突破自身重量产生断裂的。”
根据5月6日发表在《自然》杂志上的论文报道，Keeney的团队已经解决了这个难题。对于染色体来说，重组不仅仅是产生遗传多样性的有效手段，它对染色体进入生殖细胞前的正确分离也是至关重要的。如果重组没有发生，那么染色体分离就会随机发生，并可能导致染色体在子细胞中的不均等分布，出现非整倍体，最终导致各种生理缺陷的产生。
在重组的过程中，染色体会首先招募一些蛋白质因子打断DNA，产生DSB。然后，每对染色体的父本和母本会找到对方，并以未断裂的染色体作为模板修复DSB。在DNA断裂和修之后，来自父母本的染色体会捆绑在一起。事实证明，这种暂时的结合是让细胞知道染色体对的两个成员准备进入不同细胞的关键部分。因此，每一对染色体至少需要一个DSB来确保被正确分离。
“如果DSB的形成是一个随机的过程，在所有的染色体上盲目地发生，那么我们推测，非常小的染色体可能有时会被忽略，但事实上，这种情况并不会发生。对于给定长度的DNA，小染色体比大染色体具有更高的断裂和重组率。”Keeney实验室的Hajime Murakami博士说。小染色体会招募更多的蛋白质因子来打断染色体、起始重组，并且能够持续更长时间来确保自己在断裂重组的过程中不被遗忘。
在这项研究中，科学家们利用酵母进行了一系列实验。酵母是一种简单的真核生物，有16条染色体，其中3条非常小。首先，研究人员把一条很短的染色体连接到一条较长的相邻染色体上，结果发现这条小染色体依旧能够像从前一样招募蛋白因子打断染色体。而把长染色体切成两半，得到的染色体却不会出现与小染色体一样的行为。这表明，决定小染色体行为的并非其大小本身，而是另一个内在的因素。这种额外的“推动力”帮助小染色体超越了自身的重量，确保了每条染色体的正确重组。
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编译：花花
审稿：阿淼
责编：张梦
期刊来源：《自然》
期刊编号：0028-0836
原文链接：
https://phys.org/news/2020-05-small-chromosomes-big-cell-attention.html
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