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有时候，理解生物过程的最好方法是破坏正常过程并分析结果
这就是为什么斯隆·凯特琳研究所(SKI)的研究人员使用一种突变小鼠作为一种手段来揭示减数分裂过程的新线索，减数分裂形成卵子和精子(也称为生殖细胞)
研究人员了解了DNA的断裂是如何导致意想不到的有害突变的
了解生殖细胞中的突变是如何产生的非常重要，因为它们会导致流产和遗传疾病
这项研究发表在2021年11月17日的《细胞》杂志上
第一作者Agnieszka Lukaszewicz说:“这项研究使我们能够在分子水平上了解更多关于减数分裂的知识。”Agnieszka Lukaszewicz是在Maria Jasin实验室工作的高级研究科学家，Maria Jasin是SKI发展生物学项目的成员
“我们对出错时会发生什么有了新的见解
" 管理脱氧核糖核酸断裂以防止错误 由于减数分裂，孩子们从父母那里继承了等量的遗传物质
但是每个精子或卵细胞只含有父母DNA的一半
卵子受精后，两半合在一起产生一个带有全套染色体的胚胎
减数分裂的一个关键部分发生在两条脱氧核糖核酸链在同一个地方断裂，然后通过一种叫做重组的过程修复
在卵细胞和精细胞的正常形成过程中，大约有300个这样的双链断裂发生在基因组周围
这些断裂确保了父母的DNA可以减半，同时也导致了后代的遗传变异
“在减数分裂过程中已经出现了大量的双链断裂，”博士说
该项研究的资深作者贾辛
“这里的重要发现是，当有太多的双链断裂时，它们可能无法被正确修复，导致潜在的严重突变，这些突变可能会传递给后代
" 损害的累积 在这项新的研究中，研究小组聚焦于缺失一种叫做ATM的基因的雄性老鼠
ATM的突变与癌症有关，因为它们会阻止细胞识别出它们已经破坏了DNA，从而导致更多的突变积累
在这种情况下，与正常减数分裂过程中发生的情况相比，没有自动取款机的小鼠的生殖细胞的DNA双链断裂增加了10倍以上
研究小组随后研究了这些断裂是如何修复的，或者更有可能是修复不当
减数分裂过程中发生在DNA中的双链断裂通常通过同源重组来修复，当受损的DNA找到匹配的遗传序列并将这两个序列结合在一起时，这一过程就会发生
这有助于划分染色体的内容
但是在缺少自动取款机的老鼠身上，发现裂缝可以通过另一种不太精确的方法修复
在这个被称为非同源末端连接的过程中，断裂的DNA末端被简单地缝合在一起
因为当ATM缺失时会形成更多的断裂，所以两个断裂的DNA末端可能会被缝合在一起
这导致了基因材料的缺失和复制等错误
“在酵母中已经进行了大量的减数分裂研究，同源重组是主要的修复过程，”Dr
贾辛说
“但是老鼠和人类通常使用非同源手段来修复断裂的DNA
“通过在具有导致减数分裂中异常高的DNA断裂的基因缺陷的小鼠中研究这一过程，研究人员能够更多地了解这些额外断裂的后果
这项研究的每个研究者，包括Dr
Jasin在减数分裂研究方面的长期合作者，SKI分子生物学项目的Scott Keeney强调，还需要做进一步的工作，因为ATM基因一个拷贝的丢失在人类群体中并不少见
这是否会导致更高的突变率还有待观察
理解遗传物质的缺失和复制是如何产生的很重要，因为如果这些错误发生在对健康发育至关重要的基因中，它们会导致流产
如果错误发生在不重要但仍然重要的基因上，它们仍然会造成损害，包括遗传病
从大的方面来看，这项研究的结果有助于解释基因变化是如何经过几代人进化的，因为非必需基因的突变，以及包含调控元件的非编码DNA区域的突变，决定了一个人的基因构成
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