2025-08-07 Genome Biology | 中国科学技术大学符传孩教授课题组基于人工融合染色体研究揭示染色体数目对有丝分裂与减数分裂的差异性调控机制

　　

染色体作为真核生物遗传信息的主要载体，其精确分离是包括有丝分裂与减数分裂在内的细胞分裂的核心生物学过程。减数分裂包含两次连续的分裂（减数分裂I和减数分裂II，简称减I和减II），其关键特征是通过同源染色体分离（减I）和姐妹染色单体分离（减II）实现遗传物质减半。纺锤体组装检验点（SAC）作为细胞分裂的质量监控系统，通过动态调控动粒-微管连接状态确保染色体精确分离。尽管不同物种间染色体数目存在显著差异，但染色体数目差异对细胞分裂保真度的调控机制尚未阐明。

近日，符传孩教授课题组在《Genome Biology》（2025年8月）发表重要研究成果。该研究基于合成生物学策略构建的人工融合染色体系统，以裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）为模式生物，通过整合酵母遗传学、生物化学与高时空分辨率活细胞成像技术，系统解析了染色体数目对有丝分裂和减数分裂稳定性的差异调控作用。

高分辨率活细胞显微成像显示，当裂殖酵母中原有的3条染色体融合为1~2条时，细胞有丝分裂的前中期和后期时长显著延长。染色体融合增强了纺锤体组装检验点（SAC）蛋白在动粒上的富集，并通过SAC信号通路延长前中期时长。虽然SAC延长了前中期，但染色体融合并未降低染色单体分离的准确性。含有单条染色体的细胞在SAC功能缺失条件下仍能维持高保真性染色体分离，提示着丝粒总数减少可能通过降低动粒-微管错误连接概率来维持分离保真度。

在减数分裂方面，研究团队通过活细胞显微成像观察到染色体融合导致裂殖酵母减数分裂前期特有的细胞核振荡运动减弱，并显著延长减数第一次分裂（减I）的时间，同时缩短减数第二次分裂（减II）的时长。进一步分析表明，染色体融合主要影响减I阶段的同源染色体分离，而对减II姐妹染色单体分离无显著影响。同源染色体分离异常可能由细胞核振荡运动减弱所致的同源染色体联会配对缺陷造成。因此，染色体数目是维持减数分裂同源染色体高保真性分配的关键因素。

综上，该研究建立了染色体数目与细胞分裂保真度的关系模型，不仅揭示了有丝分裂中"着丝粒剂量效应"对SAC调控的分子基础，还阐明了减数分裂特异性细胞核动力学与染色体数目协同调控的机制。这些发现为理解真核生物染色体进化约束条件及染色体数目异常相关疾病（如肿瘤）提供了新的视角。

中国科学技术大学生命科学与医学部符传孩教授、课题组博士后郑圣男博士为该论文共同通讯作者。中国科学技术大学生命科学与医学部符传孩教授课题组硕士生蒋跃跃为本文第一作者。中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周金秋教授、中国科学技术大学生命科学与医学部姚雪彪教授和刘行教授提供了重要帮助。该项工作获得无膜细胞器与细胞动力学教育部重点实验室、合肥微尺度国家研究中心分子与细胞生物物理研究部的支持，得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目资助。

原文链接：

https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-025-03704-5