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当减数分裂出错:不分离与非整倍体

减数分裂精确但并非完美。当染色体未能正常分离时,配子就会带有错误的数目——导致三体或单体。本篇平实而准确地解释不分离,并把重组与分子层面的DNA修复联系起来。

出错之处:不分离

减数分裂依赖于染色体对的干净分离——第一次分裂中是同源染色体,第二次分裂中是姐妹染色单体。当一对未能分离,两条都走向同一极时,这种错误就是不分离。结果是配子多出或少了一条染色体。

Normal meiosis (one pair):
  gamete 1: ●     gamete 2: ●     (each gets one)

Nondisjunction at meiosis I:
  gamete 1: ● ●   gamete 2: (none)
      (n+1)            (n-1)

After fertilization with a normal (n) gamete:
  n+1 + n = 2n+1  → trisomy   (three copies)
  n-1 + n = 2n-1  → monosomy  (one copy)
一次不分离事件产生一个多一条染色体的配子和一个缺一条染色体的配子。

结果:非整倍体

染色体数目不是单倍体组精确整数倍的细胞,就有非整倍体。两种常见形式:三体是一条染色体有三份而不是两份;单体是只有一份。由于染色体携带数百个基因,剂量失衡通常会带来广泛的影响,许多非整倍体胚胎无法发育。不过有些是可以存活的——最为人熟知的例子是21号染色体的三体。

分子层面的重组

放大来看,交叉互换并不是随意的交换——它是一个被精心调控的修复过程。减数分裂会有意在一条染色单体上制造一个双链断裂,然后以同源染色体为模板来修复它。通过从同源染色体拷贝来修复断裂,就是同源重组,正是这种以模板为指引的修复在物理上交换了片段。

这里还有一个微妙的额外好处:这些交叉互换也像铆钉一样,把每对同源染色体固定在一起,直到第一次分裂正确地把它们拉开。当形成的交叉太少时,染色体对就更容易错误分离——这正是为什么重组与忠实的染色体计数在最深层次上是相互关联的。

于是,那套产生多样性的机制同时也帮助保持数目正确。重组既是创造性的,又是保护性的——用这一点来收尾再合适不过了,因为本主题正是从一个朴素的问题开始的:为什么我们要把基因组减半来产生配子