同样的原理也适用于人类遗传学。当身体在一种叫做减数分裂的特殊细胞分裂中形成精子或卵细胞时，我们的DNA以看似无限和不可预测的组合混合和匹配。

后来，当种类繁多的精子和卵细胞中的两个相遇时，它们就会产生与父母不同的孩子。

如果没有交叉，减数分裂就会出现严重的错误:在紧密排列的染色体对之间交换DNA片段，每对染色体继承自双亲。

错误的交叉形成会使细胞的染色体过多或过少，称为非整倍性。由于非整倍体反过来会导致不孕、流产和唐氏综合症等疾病，因此了解交叉是如何调节的是了解人类生殖和改善生殖健康的关键。

哈佛医学院Blavatnik研究所遗传学家的两项研究为这一基本过程提供了新的见解。

第一项研究发表在6月3日的《科学》杂志上自然使用一种新的全基因组测序工具，同时分析了30,000多个人类精子细胞中所有染色体的交叉和非整倍体。

在迄今为止最全面的估计中，研究人员测量了人与人之间非整倍体率的五倍范围，并提出单一的生物过程有助于调节交叉的数量，位置和间隔。这些发现有助于回答一个长期存在的问题，即精子细胞和人之间的交叉率为何以及如何变化。

这项工作是在史蒂文·麦卡罗的实验室进行的，他是HMS生物医学科学和遗传学的多萝西和米尔顿·弗莱尔教授，也是麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所斯坦利精神病学研究中心的基因组神经生物学主任。爱博网投领导者

麦卡罗尔说:“每个精子的基因组都详细讲述了人类遗传的故事——哪些是好的，哪些是错的，哪些与其他精子不同。”“总的来说，成千上万这样的故事教会了我们很多关于减数分裂过程及其脆弱性的知识。”

第二项研究着眼于发育中的蠕虫卵细胞的减数分裂，有助于解释为什么染色体的某些位置比其他位置更容易发生交叉。研究小组发现，交叉在染色体的中心或末端更容易出错，这表明卵细胞在这些区域最大限度地减少交叉，同时允许它们在更可靠的位置发生。

Monica Colaiácovo是HMS的遗传学教授，专门研究减数分裂当代生物学爱博网投领导者，并附有评论。

Colaiácovo说:“看到雄性和雌性减数分裂以及不同物种的发现是如何互补和相互告知的，这真是太棒了。”

精子因素

尽管任何一方都可能导致不孕，但治疗往往侧重于卵子方面。这在一定程度上是因为众所周知，卵子的非整倍性比精子高得多，而且除了精子的数量和活力之外，几乎没有什么可以衡量的。

尽管如此，精子基因对不孕症和流产的影响还没有得到足够的研究，艾弗里·戴维斯·贝尔(Avery Davis Bell)说，她曾是麦卡罗实验室生物和生物医学科学专业的博士生。

该研究的第一作者贝尔说:“我们想为人类不育和生殖健康中的‘男性因素’找到一个基线，即精子出现非整倍体的频率。自然他现在是佐治亚理工学院的博士后。

贝尔和他的同事们需要研究数以万计的精子基因组，以产生可靠的统计数据，但没有技术可以轻松做到这一点。因此，在HMS，她采用了一种利用微小液滴分析大量单个细胞DNA的技术，并将其进一步发展到研究精子细胞。该团队将这种新方法称为精子测序。

研究人员从20名捐赠者那里获得了样本，共分析了31228个精子细胞。精子测序使研究小组能够检测到每个精子细胞的每一次交叉——总共超过81.3万个。

他们发现，非整倍体精子的数量在人与人之间的比例从1%到5%不等，平均为2.5%。这一估计与以前使用显微镜视觉检查染色体亚群的研究一致。

贝尔说，扩大人们对不同精子非整倍体率的了解，可以进一步帮助精子库和生育诊所最大限度地提高精子的生存能力，提高未来父母的生育能力。

分析显示，除了简单的非整倍体外，单个精子还具有许多其他类型的遗传异常。

研究人员进一步发现，在精子细胞和人与人之间，交叉的数量、位置和间隔都是不同的。研究小组发现，在有大量交叉的细胞中，交叉点往往靠得更近，并且按比例更多地位于染色体的中心区域，而不是末端。

贝尔说:“在人类和细胞中看到相同的模式真的很有趣，因为它表明了一种潜在的调节。”

研究小组怀疑这些变异是由染色体在减数分裂过程中被压缩的程度所驱动的。该领域先前的研究表明，压实与交叉率有关。

精子测序还显示，在减数分裂的不同阶段，染色体与染色体之间以及人与人之间，非整倍体发生的频率不同。

麦卡罗实验室已经免费提供精子测序协议，以推进遗传学研究。

位置，位置，位置

在减数分裂过程中，蛋白质故意在染色体的许多位置折断DNA的双链。这些中断启动了修复。长期以来，研究人员一直想知道，为什么在从酵母到人类的生物体中，染色体臂上的断裂经常变成交叉修复位点，而染色体中心和末端的断裂却大多没有。

为了找到答案，Colaiácovo的研究小组在发育中的秀丽隐杆线虫的卵细胞中，破坏了染色体不同位置的DNA，并检查了这些位置的交叉是否正常进行。

在实验室博士生Elisabeth Altendorfer的带领下，研究人员发现，地点决定了跨界的成功。染色体臂上的交叉进行得很顺利，而在中心和末端的交叉则很糟糕。

Colaiácovo表示:“在交叉形成后保持染色体连接的‘胶水’从错误的地方被移除，染色体就会分裂并随机分离。”“所以你最终得到的是非整倍体卵子。”

研究结果表明，在大多数物种中，染色体的某些部分抵抗杂交的原因是它们不能支持健康的染色体组织或分离，从而导致对后代有害的异常。

Colaiácovo说:“这是第一次在后生动物(多细胞动物)中直接证明，必须严格调节杂交的位置，以确保正常的染色体分离，避免非整倍体。”

麦卡罗的研究由美国国立卫生研究院(资助R01HG006855)、Broad研究所下一代奖和HMS遗传学和基因组学项目NIH Ruth L. Kirschstein培训资助。