完整人类着丝粒的变异与进化

人类着丝粒因其重复性和大规模的特性，传统上极难进行测序和组装。因此，尽管着丝粒是突变最快速的区域之一，人类着丝粒的变异模式和进化模型仍不完整。本研究利用长读长测序技术，对第二个人类基因组的所有着丝粒进行了完整测序和组装，并与已完成的参考基因组进行了比较。我们发现，相较于其独特的侧翼序列，这两组着丝粒的单核苷酸变异至少增加了4.1倍，且大小差异可达3倍。此外，由于新的α-卫星高阶重复序列的出现，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%的着丝粒的动粒位置差异超过500 kb。为了理解进化变化，我们选择了六条染色体，并从黑猩猩、猩猩和猕猴基因组中测序和组装了31个直系同源着丝粒。比较分析揭示了α-卫星HOR几乎完全的更替，每个物种都有特征性的α-卫星HOR特异性变化。人类单倍型的系统发育重建支持着丝粒的短臂和长臂之间几乎没有重组，并揭示了新的α-卫星HOR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策略。