同源染色體聯會的秘密

減數分裂過程中最神秘的一個步驟是，同源染色體會在細胞中央(赤道板)彼此配對，形成四分體的現象(聯會，參閱生物的生殖作用 )，現在這個謎團被解開了(http://www.sciencemag.org/content/336/6082/732.abstract)。原來是在第一次減數分裂的前期階段，細胞會轉錄出許多不同的特殊RNA，這些DNA的副本並不用來指導細胞合成蛋白質，而是聚集在這些RNA訊息各自的DNA來源處，這樣的聚集結果大大地增強了同源染色體DNA彼此辨認的能力(見下圖)。最有趣的相關報導是，若科學家將一段RNA的來源DNA(sme2 gene)去除，那麼相關同源染色體的配對現象就會消失；又如果將這段DNA移位到其他染色體上，就會產生非同源染色體聯會的特殊現象。

減數分裂前期sme2 轉錄出許多meiosis-specific noncoding RNA與特定蛋白質聯結成同源染色體辨識複合體再與DNA結合。之後由染色體端粒當作兩條同源染色體對齊的標的，在同源染色體辨識複合體的協助之下兩條染色體便可完成彼此配對的程序。

先前在討論〈騾為何不孕？〉的時候就提過，要理解騾不孕的原因必須說明非同源染色體不能聯會的理由，現在我們終於明瞭了。不過還有一些問題並不清楚，例如，同一條染色體上不同的同源染色體辨識複合體內的RNA，都是由相同基因(或稱為DNA序列)轉錄出來的嗎？如果是，那麼兩條同源染色體配對的時候不就可能反轉或扭曲？所以比較可能的是，不論是同一對同源染色體上的同源染色體辨識複合體或是不同對染色體上的辨識複合體的RNA結構應該都是不同的，也就是說，除了sme2之外，還有其他基因在製造相同功能的RNA，這才能夠滿足多對同源染色體準確配對、分離的目的。若真是如此，我們就能越來越清楚為何在人類的基因組中居然有九成的DNA序列並沒有指導合成蛋白質的功能，因為這些過去稱為垃圾DNA的序列顯然存在許多細胞調控的機制。

還有一件從前不知道的事，那就是中心體的角色。從上面的圖解中可以看得出來，靠近細胞核外圍的中心體顯然有牽引同源染色體的作用；而且這股不知名的力量還能成功地跨越雙層膜的細胞核。中心體是由兩個相互垂直的中心粒(由微管蛋白構成)與外圍的絲狀蛋白質共組而成，在細胞分裂時會複製並且向細胞兩極移動，這個行為的目的從前以為是為了讓在細胞兩極的中心體在輻射出多條紡錘絲後，方便將同源染色體精準地導引至兩個子細胞內。不過，如果中心體真有這種牽引染色體的作用的話，那麼它的作用力必須很強才行，因為以人體細胞而言，細胞核內含有46條染色體，複製之後就是92條，每條染色體前後各有一個端粒，換言之，一個中心體必須先定位184個端粒，再由複製後的兩個中心體分別牽引92個端粒到赤道板附近，接著由中心體輻射出來的紡錘絲連接到中節兩側的著絲點，最後著絲點沿著(分解)紡錘絲逐漸將同源染色體帶到細胞兩極，以便完成第一次減數分裂。

RNA是同源染色體媒人的這項發現也許還能成為解釋染色體互換的部分原因。在同源染色體的DNA完成配對並且依一定規律纏繞成染色體後，或許這些辨識複合體並沒有馬上脫離DNA，這將導致同源染色體在形成四分體時，因為這些辨識複合體的牽引作用而彼此交疊在一起，隨著同源染色體的被迫分離，染色體在交疊處便發生斷裂，於是就產生了染色體互換的可能性。至於演化上的理解應該不用我再多費唇舌解釋，大家就能懂了吧。