在减数分裂过程中，染色体在形态和核内定位方面表现出巨大的变化。这些变化是如何影响同源配对、排列和重组的，仍然难以捉摸。
2021年10月8日，来自上海交通大学卞迁、雷鸣等研究团队在Nature Communications上在线发表了题为“Stage-resolved Hi-C analyses revealmeiotic chromosome organizational features influencing homolog alignment”的研究论文，揭示了转录对减数分裂染色体结构的影响，并表明染色体组织可能为高等真核生物中减数分裂重组的调控提供基础。
减数分裂是在有性生殖过程中使染色体数目减少一半的基本过程。在这个过程中，大段的染色体在同源染色体之间进行交换，从而产生了遗传多样性。减数分裂程序涉及一系列精确安排的染色体事件，将同源重组与动态染色体重组结合起来。在延长的减数分裂第一阶段的瘦肉精阶段，染色体上出现了程序化的DNA双链断裂（DSBs），启动了一个促进同源染色体配对的搜索过程。在子代阶段同源染色体并列时，DSBs被转化为重组中间物。
同时，在同源染色体对之间形成一种称为突触复合体（SC）的蛋白质结构，以稳定同源染色体间的相互作用。在早熟期，SC完全建立起来，一部分重组中间物成熟为交叉点（COs）。SC随后在diplotene阶段被分解，随后在减数第一次分裂中进行同源染色体的还原分离，在减数第二次分裂（MII）中进行姐妹染色体的等位分离，生成单倍体配子。
为了实现减数分裂，减数分裂染色体采用了一种独特的构象，包括沿染色体轴线线性排列的环路。循环阵列构象与间期或有丝分裂中的染色质组织不同，允许转录在染色体轴的循环中进行。同时，环路基底附近的DNA序列可与SC成分以及重组机制相互作用，形成一个同源重组的空间。染色质环大小和轴长的性别依赖性差异与性别二形的CO频率相关，表明减数分裂染色体组织可能有助于重组事件的调控。然而，整个基因组中减数分裂环阵组织的局部变化是否以及如何影响同源物的相互作用和重组频率还没有被充分理解。
除了单个染色体内部的重组外，减数分裂染色体在减数分裂早期I期也经历了端粒主导的剧烈运动，突出表现为子代早期的短暂的"花束"构象，在此期间所有染色体凝聚。有两个关键机制支撑着端粒的动态重新定位。端粒通过端粒相关蛋白TRF1和由TERB1、TERB2和MAJIN组成的与INM相关的TTM复合物之间的相互作用被固定在核内膜（INM）上。
在重新定位到核周边后，端粒还与细胞骨架和核骨架的连接体（LINC）复合物相关联，该复合物将细胞骨架产生的力传递给染色体以促进染色体快速移动。这两种机制对同源配对和减数分裂的进展都是必不可少的。特别值得注意的是，有文献记载，在精子发生过程中，COs优先出现在端粒附近。这种依赖端粒分布的COs是否反映了染色质环组织的潜在变化或重组因子的不同分布，还有待阐明。
染色体构象捕获（Hi-C）技术的最新进展使减数分裂染色体组织的特征在更高的分辨率下得以确定。对小鼠和恒河猴精母细胞的Hi-C研究显示，在减数分裂过程中，高阶染色体结构特征发生了巨大变化。拓扑关联域（TADs）在早熟期时已基本丧失。另一方面，转录活跃的A区和不活跃的B区虽然有所减弱，但在子代和早熟期仍存在。虽然这些研究揭示了减数分裂染色体折叠的一般原则，但这些染色体组织特征在调节减数分裂事件中的作用仍有待阐明。
在这项研究中，采用小鼠精子发生作为模型系统，研究哺乳动物减数分裂染色体组织及其功能意义，特别是在同源物相互作用的调节方面。通过结合精子发生同步化和Hi-C，系统地描述了从前胚胎期到后胚胎期的所有减数分裂第一阶段的基因组结构。Hi-C分析揭示了两类大规模的染色体组织特征，这些特征在减数分裂前期I阶段沿染色体轴线变化，此时同源物排列发生。首先，转录活跃区和非活跃区分别形成由较短和较长的染色质环组成的交替区域。其次，传递力的LINC复合体促进了染色体末端在多达20%的染色体长度范围内的排列。这两类组织特征的位置依赖性变化与同源物排列的程度和重组事件的分布有广泛的关联。
总之，阶段分辨Hi-C图揭示了转录活动和LINC介导的力传递对减数分裂染色体组织的影响，表明减数分裂染色体的结构特性可能有助于哺乳动物配子发生期间减数分裂重组的调节。
参考文献：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-26033-0