完整人类着丝粒的变异与进化

由于着丝粒的重复性和大尺寸特性，传统上对其进行测序和组装非常困难。因此，尽管着丝粒是突变最快的区域之一，人类着丝粒的变异模式及其进化和功能模型仍不完整。本研究利用长读长测序技术，完整测序并组装了第二个人类基因组的所有着丝粒，并将其与已完成的参考基因组进行了比较。我们发现，与独特的侧翼区域相比，两组着丝粒的单核苷酸变异至少增加了4.1倍，大小差异高达3倍。此外，由于新的α-卫星高阶重复序列（HORs）的出现，45.8%的着丝粒序列无法使用标准方法进行可靠比对。DNA甲基化和CENP-A染色质免疫沉淀实验表明，26%的着丝粒其动粒位置差异超过500 kb。为了理解进化变化，我们选择了六条染色体，并对来自黑猩猩、猩猩和猕猴基因组的31个同源着丝粒进行了测序和组装。比较分析揭示了α-卫星HORs几乎完全更替，并具有每个物种特有的α-卫星HORs变化特征。人类单倍型的系统发育重建支持着丝粒短臂（p）和长臂（q）之间有限或无重组，并揭示新的α-卫星HORs具有单系起源，为估计人类着丝粒DNA的跳跃式扩增和突变速率提供了一种策略。