Science：精子单细胞测序揭开重组的秘密

　　

众所周知，在减数分裂的过程中，同源染色体彼此配对，DNA片段会发生交叉与互换。减数分裂重组是由DNA双链断裂（DSB）启动的，但只有一部分双链断裂会引起交叉。为了确定控制DNA重组的规则，牛津大学的研究人员近日对小鼠精子进行单细胞测序。

通过绘制200多个精子的高分辨率遗传图谱，研究人员揭示了影响哺乳动物减数分裂重组事件的染色体特征，以及参与其中的蛋白质。他们在最新一期的《Science》杂志上发布了研究成果。

本文通讯作者、牛津大学Wellcome人类遗传学中心主任Peter Donnelly表示：“这项高精细度的哺乳动物交叉研究为了解整个基因组范围内的交叉形成提供了资源。”

研究人员称，以往的研究强调了组蛋白甲基转移酶PRDM9在小鼠、人类及其他动物的减数分裂重组中的重要性。PRDM9与特定的DNA位点结合，其中一部分经历程序化双链断裂。在DMC1蛋白的帮助下，这些断裂的修复导致同源染色体的交叉互换。

由于哺乳动物细胞中的双链DNA断裂似乎比交叉互换更为常见，故研究人员深入研究了杂交小鼠模型（B6-CAST小鼠）中减数分裂重组的所有特征。“很显然，并非所有双链断裂都会引起交叉互换，但影响这一过程的因素仍不大清楚，”他们写道。

（图片来自原文）

于是，研究人员对来自B6-CAST杂交小鼠的217个精子细胞开展了测序。他们采用的单细胞测序方法包括细胞的机械分离、RNA随机起始以及基于Klenow片段延伸的DNA扩增。同时，他们也开展了大量精子的DNA测序。

“我们开发出一种方法，对单细胞DNA进行扩增和测序，并将其应用在精子上，从而高分辨率地鉴定交叉，”作者解释说。

此外，他们还利用染色质免疫沉淀测序和微球菌核酸酶测序的组合，来绘制同一动物或遗传背景相同动物的睾丸组织中的重组热点、PRDM9结合位点以及组蛋白标记。在绘制了2,649个交叉事件之后，他们在常染色体上鉴定出1,600多个重组热点。

研究人员发现了四个因素，可大大增加双链断裂引发交叉的几率。具体包括：(i) PRDM9是否与双链断裂位点上的未切割染色体模板结合，(ii) 热点与端粒的接近程度，(iii) 局部的GC含量，以及(iv) Prdm9的等位基因类型。

“将这张遗传图谱与分子检测相结合，我们确定了影响交叉概率的因素，”作者写道。“这些因素也影响了重组位点启动DNA双链断裂的时间，而快速接合的位点更有可能形成交叉。”（生物通 薄荷）

原文检索

Factors influencing meiotic recombination revealed by whole-genome sequencing of single sperm

Science  22 Mar 2019:
Vol. 363, Issue 6433, eaau8861
DOI: 10.1126/science.aau8861