人类基因组中最小重复序列作为普遍交叉与重组位点的发现及其进化意义

研究人员针对基因组重组热点偏好机制不明的问题，通过生物信息学方法系统分析人类基因组中AT/TA和CG/GC二核苷酸重复单元（D2Us/D3Us），发现这些最小重复序列构成数百万个复杂重组菌落，揭示AT富集序列在重组中的主导作用，为理解基因组进化与物种特异性提供新范式。

　　

在基因组学领域，交叉重组一直是塑造遗传多样性的核心机制。传统认知中，CG富集序列被认为是重组热点的主要特征，而AT富集区域的作用长期被低估。更令人困惑的是，人类与近亲物种间重组热点的保守性存在争议，且已知的PRDM9依赖型重组位点仅能解释部分现象。这些空白促使研究者思考：是否存在更基础、更普遍的重组标记？

伊朗社会福利与康复科学大学老龄化研究中心的Mina Ohadi团队联合多国机构，在《BMC Genomics》发表突破性研究。通过开发定制化算法扫描人类基因组（GRCh38.p14），他们发现二核苷酸重复单元（D2Us）和三核苷酸重复单元（D3Us）构成约400万个AT/TA和10万个CG/GC重组菌落，其中AT/TA菌落规模可达899个连续重复（如X染色体C899菌落），远超过CG/GC菌落（最大仅63个重复）。这些菌落通过非等位基因重组产生初级重组体（如TATATA由TATA-TATA重叠形成）和次级重组体（如TATATAATATATA），形成极其复杂的重组网络。

关键技术包括：1）Java开发的Di_STR_Finder算法全基因组扫描D3Us；2）UCSC/Ensembl基因组浏览器跨物种比对；3）泊松分布验证菌落显著性；4）随机选择菌落进行TE（转座元件）缺失分析。

研究结果揭示：
背景
D3Us被证实是D2Us不等交叉的产物，如TATATA源自TATA-TATA重组。这种机制解释了短串联重复序列（STRs）的起源。

材料与方法
研究者建立500bp间距标准定义菌落，发现30%的21号染色体被AT/TA菌落覆盖。染色体X/Y非假常染色体区（non-PARs）存在大量菌落，如Y染色体C364菌落占其长度的25%。

结果

• 菌落分布差异：AT/TA菌落多位于基因间区，而CG/GC菌落倾向基因侧翼区
• 进化特异性：随机筛选的菌落在100种脊椎动物中呈现人类特异性或最大规模
• TE屏障现象：大型菌落周围密集分布SINEs/LINEs（短/长散在核元件），但菌落内部几乎无TE

讨论
该研究颠覆了三个传统认知：首先，最小重复序列（D2Us/D3Us）作为重组标记的普遍性远超预期；其次，AT富集序列的主导地位挑战了CG偏好的经典理论；最后，X/Y非PAR区菌落的发现扩展了性染色体重组机制的理解。这些菌落可能通过调控基因组三维结构参与物种形成——例如C899菌落所在的Xq25区域在人类进化中呈现独特扩张模式。

研究意义深远：为STR相关疾病（如亨廷顿病）的突变机制提供新解释；揭示非PRDM9依赖的重组通路在进化中的重要作用；提出的"重组菌落"概念或将重新定义基因组不稳定区域的功能价值。未来需通过功能性实验验证这些生物信息学发现，但其已为理解生命多样性开辟全新视角。