华人学者一作！《Nature》发现着丝粒点突变比别处快十倍，“修错”亦是进化动力

着丝粒是染色体上负责在细胞分裂时精准分配染色体的重要区域。它功能保守，DNA序列却变得很快，通常由上百万碱基的串联重复序列组成，而且个体之间差异极大。这种“功能稳定、序列乱变”的反差长期困扰着科学家：到底是什么突变过程在推动着丝粒快速演化？

2026年9月23日，马克斯·普朗克植物育种研究Korbinian Schneeberger团队（董笑为第一作者）在Nature 在线发表题为“The mutational dynamics of the Arabidopsis centromeres”的研究论文，这项研究使用拟南芥的突变积累系来寻找答案。突变积累系通过多代单粒传代，让突变自然累积，再比较各系的基因组差异，就能“抓到”正在发生的突变。但着丝粒满是重复序列，测序组装容易出错，很难区分真突变和组装伪影。研究者为此开发了一套可重复的组装策略，能够可靠地把真正的突变与误差分开。

通过近乎无错误的基因组组装揭示拟南芥中的突变积累（图源自Nature ）

他们发现着丝粒存在一套独特的突变谱。第一，频繁出现千碱基规模的插入缺失，但这些插入缺失很“聪明”，往往只增加或删除完整的重复单元，而不打乱重复序列的排列，像是在成串的珠子里取下一颗或补进一颗。第二，点突变的积累速率几乎是基因组其他区域的近十倍，而且常成簇出现，提示来自相邻重复单元之间的非等位基因基因转换——也就是同源修复时“抄错了模板”。

进一步实验印证了同源重组修复的核心作用。缺失RTEL1——一种抑制异常重组的解旋酶——的突变积累系中，能保留重复结构的插入缺失变得更频繁、更长。这说明同源定向修复一直在主动塑造着丝粒，而不是偶然发生的错误。

最后，研究者用观测到的突变谱做计算机模拟，发现仅靠千碱基级的插入缺失和点突变，就足以在百万年尺度上生成天然着丝粒那种大片段高度均一的结构。换句话说，不需要罕见的巨大重组事件，常规修复活动靠时间累积，就能把着丝粒“修”得整齐划一。

这项工作提供了一个定量框架：着丝粒的演化，不是随机突变的被动结果，而是同源修复机制主动塑造的产物。对理解染色体不稳定相关疾病，以及未来设计更稳定的人工染色体，都有潜在启发。

参考消息：https://www.nature.com/articles/s41586-026-11046-w