电影人物阿甘正传的名言是:“生活就像一盒巧克力;你永远不知道你会得到什么。”
同样的原理也适用于人类遗传学。当人体通过一种叫做减数分裂的特殊细胞分裂方式形成精子或卵细胞时，我们的DNA就会以无限的、不可预测的组合进行混合和匹配。
之后，只要两种不同的精子和卵细胞相遇，它们就会生出不同于父母的孩子。
如果没有交叉，减数分裂就会出现严重的错误:即在一对排列紧密的染色体之间交换DNA片段，一对染色体分别从父母那里遗传。
错误的交叉形成会导致细胞的染色体过多或过少，这被称为非整倍体。由于非整倍体会导致不孕、流产和唐氏综合症等疾病，因此了解交叉体是如何控制的是理解人类生殖和改善生殖健康的关键。
哈佛医学院布拉瓦尼克研究所、麻省理工学院布罗德研究所和哈佛大学的遗传学家在《自然》杂志上发表的一项研究为这一基本过程提供了新的见解。
研究人员使用一种新的全基因组测序工具，同时分析了3万多个人类精子细胞中所有染色体的交叉和非整倍性。利用这种方法，他们在迄今为止最全面的估计中，测量了人与人之间非整倍体率的5倍范围，并提出一个单一的生物过程有助于调节交叉物种的数量、位置和间距。
这些发现有助于回答一个长期存在的问题，即为什么和如何在不同的精子细胞和不同的人之间发生交叉。
这项工作是在Steven McCarroll的实验室进行的，他是HMS生物医学和遗传学的Dorothy and Milton Flier教授，也是Broad的Stanley精神病学研究中心的成员。
麦卡罗尔说:“每个精子的基因组都详细讲述了人类遗传的故事:哪些进展顺利，哪些出现了问题，哪些与其他精子不同。”“总的来说，成千上万个这样的故事教会了我们很多关于减数分裂过程及其脆弱性的知识。”
精子的因素
尽管不孕可能由任何一方导致，但治疗往往侧重于卵子方面。这在一定程度上是因为卵子的非整倍性比精子要高得多，而且除了精子的数量和活动力之外，很难对精子进行测量。
不过，该研究的第一作者艾弗里·戴维斯·贝尔(Avery Davis Bell)说，精子遗传学对不孕和流产的影响一直相对缺乏研究。艾弗里曾是麦卡罗尔实验室的博士生，现在是乔治亚理工学院的博士后研究员。“我们想要得到一个关于人类不育和生殖健康的‘男性因素’的基线，即精子发生非整倍体的频率。”
贝尔和他的同事们需要研究成千上万个精子基因组，以得出可靠的统计数据，但目前还没有任何技术可以轻易做到这一点。因此，她采用了麦卡罗尔和Broad副成员埃文·马科斯科(Evan Macosko)开发的一项名为Drop-Seq的技术，这项技术利用微小液滴分析大量单个细胞的DNA，并进一步将其用于研究精子细胞。研究小组将这种新方法命名为精子测序。
研究人员从20名捐献者那里获取了样本，分析了总共31228个精子细胞。精子序列分析(sperm -seq)允许研究小组检测每个精子细胞的每一个交叉——总共超过81.3万个。
他们发现，每个人的非整倍精子数量在1%到5%之间，平均为2.5%。这一估计与以前使用显微镜观察染色体亚组的研究一致。
扩大人们对不同精子非整倍体率的了解，可以进一步帮助精子库和生育诊所，因为他们试图最大限度地提高精子活力，提高潜在父母的生育能力，贝尔说。
分析显示，除了简单的非整倍体之外，单个精子还存在许多其他类型的遗传异常。
研究人员进一步发现，在不同的精子细胞和不同的人之间，交叉细胞的数量、位置和间隔都是不同的。研究小组发现，在有大量交叉染色体的细胞中，交叉染色体往往靠得更近，并且在染色体的中部比在染色体末端的比例更高。
贝尔说:“在人类和细胞中看到相同的模式真的很有趣，因为这暗示了一种潜在的调节。”
研究小组怀疑，这些变异是由染色体在减数分裂中压缩的程度所驱动的。此前的研究表明，压实率与交叉率有关。
精子序列分析还发现，染色体间和个体间在减数分裂的不同阶段，非整倍体发生的频率也不同。
麦卡罗尔实验室免费提供精子序列分析协议，以推进遗传学研究。
这项研究由美国国立卫生研究院、Broad Institute NextGen项目和NIH Ruth L. Kirschstein培训基金提供支持。
