减数分裂和重组

减数分裂包括两次连续的分裂，将染色体数目从二倍体减少到单倍体，而重组是同源染色体之间在第一次分裂中发生的程序性DNA交换。它们共同创造了遗传独特的配子，同时建立了允许染色体准确分离的物理连接。

Definition

减数分裂是产生单倍体配子的两阶段分裂（减数分裂I，减数分裂；减数分裂II，均等分裂），从二倍体生殖细胞开始，而减数重组是由程序性DNA双链断裂引发的同源染色体之间遗传物质的相互交换。

Scope

本主题涵盖减数分裂I和II的阶段、重组的分子起始和解决、交换和交叉的形成，以及重组在产生多样性和确保分离保真度方面的双重作用。它是减数分裂和染色体分离的机制参考，而非临床指导。

Core questions

• 两次减数分裂是如何组织的，减数分裂I与减数分裂II有何不同？
• 重组在分子水平上是如何启动和解决的？
• 交换和交叉是如何实现染色体正确分离的？

Key concepts

• 减数分裂I（减数分裂）和减数分裂II（均等分裂）
• 前期I亚阶段（细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期）
• 程序性DNA双链断裂
• 联会复合体和联会
• 交换和交叉
• 交换干涉和必需交换
• 基因转换

Mechanisms

减数重组始于减数分裂I前期，保守的Spo11蛋白在整个基因组中引入程序性DNA双链断裂（Keeney et al., 1997）。这些断裂被切除，其单链末端侵入同源染色体，产生重组中间体，这些中间体被导向交换（成熟为交叉的相互交换）或非交换（基因转换）结果。联会复合体沿线联会稳定了同源染色体配对，同时这些事件进行。交换的形成受到调控，使得每对同源染色体至少获得一个位置良好的交换（必需交换），并且交换之间保持一定距离（干涉）。在减数分裂I后期，交叉与姐妹染色单体黏连一起，使每个二价体在纺锤体上保持张力，直到同源染色体分离；减数分裂II随后像有丝分裂一样分离姐妹染色单体（Hunter, 2015; de Massy, 2013; Handel & Schimenti, 2010）。

Clinical relevance

由于同源染色体分离需要适当定位的交换，因此重组缺陷——交换过少，或交换位置过于靠近着丝粒或端粒——会使染色体易于发生错误分离和非整倍体。这种机制联系对于解释染色体错误的起源至关重要；本主题描述的是生物学，而非个体临床决策的依据（Hunter, 2015; Handel & Schimenti, 2010）。

History

同源片段的交换在20世纪早期通过遗传连锁推断出来，而交叉在细胞学上被认为是其物理对应物。分子机制的转变是由于证明了减数重组是由程序性的、Spo11催化的双链断裂引发的（Keeney et al., 1997），此后，从断裂到交换和基因转换的途径及其调控逐渐被明确（de Massy, 2013; Hunter, 2015）。

Key figures

• Scott Keeney
• Nancy Kleckner
• Neil Hunter
• Bernard de Massy

Seminal works

• keeney-1997
• hunter-2015
• demassy-2013

Frequently asked questions

什么是交叉？

交叉是两个同源染色体在交换后保持连接的可见点；它代表了DNA的相互交换，并在减数分裂I中同源染色体分离之前物理地将它们连接起来。

为什么重组对于正确分离是必需的？

交换与姐妹染色单体黏连一起，产生了使每对同源染色体正确附着到纺锤体上的张力；缺乏良好定位交换的染色体对更容易发生错误分离。