Cell Genomics?|?現代人染色體融合之謎：基因組重復序列結構多樣性是人類2號染色體起源的遺傳成因

人類相較于非人類靈長類最大的遺傳差異之一是核型改變，這源于演化過程中靈長類祖先的2a與2b染色體融合形成現代人類2號染色體 。這一融合事件被認為是人類演化歷程中的“決定性瞬間” ， 可能驅動了物種形成與 關鍵性狀演化。盡管傳統觀點認為融合事件是發生在近百萬年內的“簡單”的端粒與端粒融合，最新研究卻打破了這一假說， 提出染色體融合的形成受復雜重復序列結構與不完全譜系分選（ Incomplete Lineage Sorting , ILS ）共同驅動，構成了人類核型演化的新模型 。

2025年12月2 日 ，上海交通大學 毛亞飛 研究團隊、中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所） 孫強 研究團隊與華盛頓大學 Evan E. Eichler 團隊合作 在 Cell Genomics 發表 了文章 Incomplete lineage sorting of segmental duplications defines the human chromosome 2 fusion site early during African great ape speciation ，以單堿基分辨率精細解析了人類2號染色體融合位點 的復雜結構 ，重建了這一復雜區域的演化歷史 并探究了其潛在的生物學功能 ； 首次 發現不完全譜系分選 、亞端粒串聯重復序列（tandem repeats , TRs ）和片 段重復（Segmental Duplication, SDs） 在重塑人類基因組結構 與物種分化 中的關 鍵作用 。

研究團隊 通過對 高質量非人靈長類 完整 基因組數據 的整合分析，發現人類2號染色體的融合并非兩條祖先染色體簡單的“頭對頭相接”，而是在中間橋接了一段約109 kbp長的人群間保守的復雜融合位點。該位點 由三個片段重復（SD_fusion_A, B, C）組成 ，這些片段 起源于古老猿類的不同染色體 ，早 在非洲大猿共同祖先時期 便開啟 擴增重排 ，展現出高度復雜的演 化動態。此外，研究團隊還發現富含 串聯重復的亞端粒結構在大猿內的快速演化形成物種特異結構 ，其中，黑猩猩屬亞端粒內片段重復間隔序列與融合位點中的片段重復序列（ SD_fusion_A ）的高度同源性暗示其與染色體融合之間的重要關聯。

研究團隊 還發現， 融合位點 內部 的 A、B、C 三 段 片段重復序列 的演化 歷史 與公認的物種樹存在明顯分歧。 通過計算模擬，研究團隊推測該 基因樹不一致性源于不完全譜系分 選（ILS） 過程中祖先多態性的隨機固定，揭示了5-7百萬年前的非洲大猿祖先亞端粒的結構多樣性和復雜性 。

此外， 利用CRISPR/Cas9基因編輯技術，研究團隊在人類誘導多能干細胞（iPSC）中 雜合敲除 了融合位點，并將其誘導分化為神經祖細胞 （ Neural progenitor cells, NPCs ），相關實驗發現 融合位點的 雜合敲除 導致了 神經祖細胞中軸突生成與前腦發育相關基因下調，暗示融合位點 可能作為潛在調控元件，影響人類大腦發育基因表達網絡。

總之， 該研究提出了新的人類2號染色體融合潛在 模型 ：由于非洲類人猿 祖先種群規模巨大，其2a和2b染色體的亞端粒具有多種復雜結構。在不完全譜系分選作用下，現代人類祖先獨特的亞端粒結構 是人類2號染色體融合的關鍵遺傳基礎 。該染色體融合時間 極有可能加速了人-猿譜系 間 的 生殖隔離 進程，成為物種分化的 重要節點 。

圖二 本研究結果概要與模型假說

綜上所述，該研究系統揭示了人類2號染色體融合這一關鍵演化事件的遺傳結構基礎、演化歷史與潛在功能，具有重要的科學意義。研究成果為不完全譜系分選（ILS）在塑造染色體結構多態性和驅動物種分化中的核心作用提供了直接證據，展現了基因組復雜重復序列在早期物種形成中的關鍵作用，為理解人類演化形成機制和獨特性提供了新思路。

本文章的通訊作者為 毛亞飛研 究員 、 Evan E. Eichler 教授和孫強研究員。 第一作者為 上海交通大學本科生楊子坤、博士研究生蔣欣芮、助理研究員楊翔宇以及中國科學院 腦科學與智能技術卓越創新中心 博士研究生張璐。

課題組招聘：

上海交通大學毛亞飛課題組主要致力于通過計算和實驗結合手段探究靈長類基因組復雜重復序列的結構、演化和功能。課題組長期招收具有生物信息學、分子生物學和細胞生物學等背景的博士研究生、博士后和工作人員。

簡歷投遞（ 有意者請將個人簡歷等材料發至 ）：

https://jinshuju.net/f/ZqXwZt或掃描二維碼投遞簡歷

https://www.cell.com/cell-genomics/fulltext/S2666-979X(25)00335-0

制版人： 十一

參考文獻

1. IJdo, J.W., Baldini, A., Ward, D.C., Reeders, S.T., and Wells, R.A. (1991). Origin of human chromosome 2: an ancestral telomere-telomere fusion.Proceedings of theNational Academy of Sciences88 , 9051–9055. 10.1073/pnas.88.20.9051.

2. Ventura, M., Catacchio, C.R., Sajjadian, S., Vives, L., Sudmant, P.H., Marques-Bonet, T., Graves, T.A., Wilson, R.K., and Eichler, E.E. (2012). The evolution of African great ape subtelomeric heterochromatin and the fusion of human chromosome 2.GenomeResearch22 , 1036–1049. 10.1101/gr.136556.111.

3. Yoo, D., Rhie, A., Hebbar, P., Antonacci, F., Logsdon, G.A., Solar, S.J., Antipov, D., Pickett, B.D., Safonova, Y., Montinaro, F., et al. (2025). Complete sequencing of ape genomes.Nature.10.1038/s41586-025-08816-3.

4. Zhang, S., Xu, N., Fu, L., Yang, X., Ma, K., Li, Y., Yang, Z., Li, Z., Feng, Y., Jiang, X., et al. (2025). Integrated analysis of the complete sequence of a macaque genome.Nature640 , 714–721. 10.1038/s41586-025-08596-w.

學術合作組織

（*排名不分先后）

戰略合作伙伴

（*排名不分先后）

轉載須知

【非原創文章】本文著作權歸文章作者所有，歡迎個人轉發分享，未經作者的允許禁止轉載，作者擁有所有法定權利，違者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

近期直播推薦

點擊主頁推薦活動

關注更多最新活動！