新闻 | 微型DNA连接点被发现能反馈调控基因交叉，保护染色体稳定
每一个新生命的诞生，始于一次精密的“基因重组”。在生物体生成卵子或精子时，来自父亲和母亲的染色体会两两配对，并在一种被称为“基因交叉（crossing over）”的过程中交换DNA片段。这一交换不仅至关重要——因为每对染色体至少需要进行一次重组以确保生殖能力和染色体数目的稳定——同时也极具风险。如果发生太多次DNA断裂，或过度的交换，就可能对基因组构成威胁。那么，细胞是如何掌握这种“恰到好处”的平衡的？
一项由João Matos博士领导、在Max Perutz实验室进行的新研究，揭示了这个长期未解的谜题。相关成果已于2025年发表在顶级学术期刊《Nature》。
研究团队发现，细小的DNA结构——霍利迪结（Holliday junctions），并非如长期所认为的那样仅仅是基因交叉过程中的“中间站”。它们还在维持一种被称为“联会复合体（synaptonemal complex）”的拉链状结构中起到关键作用。联会复合体维持着配对染色体的连接，而霍利迪结的稳定性则向细胞传递“可以停止制造更多DNA断裂”的信号，从而保护基因组免于受损。
“我们的假设是，霍利迪结不仅是被动的DNA连接点，它们是构建和维持联会复合体的关键元素，确保染色体在交叉点准备好之前保持配对。”
——João Matos 博士，研究团队负责人
为了验证这一假设，论文第一作者Adrian Henggeler选择了酵母菌作为实验对象。由于其减数分裂机制与人类细胞相似，酵母长期被视为研究遗传学的理想模型。
Henggeler运用实验室自研的一种独特分子工具，成功“冻结”了数百万个正处于霍利迪结与联会复合体同时存在、但尚未发生染色体交换的酵母细胞。他随后精准切除DNA连接点，并实时观察细胞内的反应。
“那是我们的‘顿悟时刻’之一。”Henggeler回忆道，“就在移除霍利迪结的一瞬间，联会复合体实时崩解，就像我们假设的那样，在显微镜下活生生地展现出来。”
研究显示：没有霍利迪结的支持，联会复合体瞬间瓦解，新的DNA断裂重新开始生成，减数分裂的整个流程也随之紊乱。
“这项研究揭示了一个既简单又优雅的反馈机制。”Matos补充道，“一旦染色体交叉点与联会复合体稳定建立，细胞就‘知道’可以停止制造断裂，安心推进减数分裂的下一步。”
接下来的研究挑战，是探究同样的调控机制是否适用于哺乳动物。如果验证成立，这将对理解跨物种的生育机制与基因组稳定性提供关键线索，甚至为未来治疗生育障碍或染色体疾病提供新的研究方向。
故事来源：
网络收集
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每一个新生命的诞生，始于一次精密的“基因重组”。在生物体生成卵子或精子时，来自父亲和母亲的染色体会两两配对，并在一种被称为“基因交叉（crossing over）”的过程中交换DNA片段。这一交换不仅至关重要——因为每对染色体至少需要进行一次重组以确保生殖能力和染色体数目的稳定——同时也极具风险。如果发生太多次DNA断裂，或过度的交换，就可能对基因组构成威胁。那么，细胞是如何掌握这种“恰到好处”的平衡的？
一项由João Matos博士领导、在Max Perutz实验室进行的新研究，揭示了这个长期未解的谜题。相关成果已于2025年发表在顶级学术期刊《Nature》。
研究团队发现，细小的DNA结构——霍利迪结（Holliday junctions），并非如长期所认为的那样仅仅是基因交叉过程中的“中间站”。它们还在维持一种被称为“联会复合体（synaptonemal complex）”的拉链状结构中起到关键作用。联会复合体维持着配对染色体的连接，而霍利迪结的稳定性则向细胞传递“可以停止制造更多DNA断裂”的信号，从而保护基因组免于受损。
“我们的假设是，霍利迪结不仅是被动的DNA连接点，它们是构建和维持联会复合体的关键元素，确保染色体在交叉点准备好之前保持配对。”
——João Matos 博士，研究团队负责人
为了验证这一假设，论文第一作者Adrian Henggeler选择了酵母菌作为实验对象。由于其减数分裂机制与人类细胞相似，酵母长期被视为研究遗传学的理想模型。
Henggeler运用实验室自研的一种独特分子工具，成功“冻结”了数百万个正处于霍利迪结与联会复合体同时存在、但尚未发生染色体交换的酵母细胞。他随后精准切除DNA连接点，并实时观察细胞内的反应。
“那是我们的‘顿悟时刻’之一。”Henggeler回忆道，“就在移除霍利迪结的一瞬间，联会复合体实时崩解，就像我们假设的那样，在显微镜下活生生地展现出来。”
研究显示：没有霍利迪结的支持，联会复合体瞬间瓦解，新的DNA断裂重新开始生成，减数分裂的整个流程也随之紊乱。
“这项研究揭示了一个既简单又优雅的反馈机制。”Matos补充道，“一旦染色体交叉点与联会复合体稳定建立，细胞就‘知道’可以停止制造断裂，安心推进减数分裂的下一步。”
接下来的研究挑战，是探究同样的调控机制是否适用于哺乳动物。如果验证成立，这将对理解跨物种的生育机制与基因组稳定性提供关键线索，甚至为未来治疗生育障碍或染色体疾病提供新的研究方向。
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