减二为何不会发生基因重组？

“减二为何不会发生基因重组？” 这是一个很有趣的问题，它涉及到减数分裂中一个非常核心的机制。要理解为什么减二不发生基因重组，我们得先回顾一下减一和减二的主要过程以及基因重组的发生时机。

首先，我们得明确什么是“基因重组”。基因重组，尤其是我们常说的同源染色体间的重组（交叉互换），是指在减数第一次分裂的前期，两条同源染色体之间发生的DNA片段的交换。这个过程对于增加遗传多样性至关重要，它能将来自父母双方的基因以新的组合传递给后代。

现在，我们来看减数分裂的两个主要阶段：

减数第一次分裂（Meiosis I）：

前期（Prophase I）： 这是最关键的阶段，也是基因重组发生的主要时期。在这个阶段，同源染色体（一条来自父亲，一条来自母亲，但携带相似的基因）会紧密配对，形成所谓的“四分体”（tetrad）。在这个四分体中，两条同源染色体各自的染色单体会有选择性地发生断裂和重接，交换彼此的DNA片段。这个过程就是交叉互换，或者说基因重组。交叉互换会发生在染色体上的多个点。
中期（Metaphase I）： 配对好的同源染色体（每对仍然由两条染色体组成，每条染色体又由两条染色单体组成，共四条染色单体）排列在细胞的赤道板上。
后期（Anaphase I）： 同源染色体分离，分别移向细胞的两极。注意，此时每条染色体仍然是由两条染色单体组成的，这两条染色单体可能因为之前的交叉互换而带有不同的基因组合。
末期（Telophase I）和细胞质分裂： 细胞分裂成两个子细胞，每个子细胞包含一套由两条染色单体组成的染色体（即n对染色体，每条染色体含2条染色单体）。

经过减一分裂，原本成对的同源染色体已经分开了，进入了两个子细胞。每个子细胞中的染色体是单倍体的（n），但每条染色体仍然有两条姐妹染色单体。

减数第二次分裂（Meiosis II）：

前期（Prophase II）： 染色体重新浓缩，核膜消失（如果之前形成过），纺锤体开始形成。
中期（Metaphase II）： 染色体（每条仍然由两条姐妹染色单体组成）排列在细胞的赤道板上。
后期（Anaphase II）： 这是理解问题的关键点。 在减二的后期，姐妹染色单体发生分离，并分别移向细胞的两极。它们现在被视为独立的染色体。
末期（Telophase II）和细胞质分裂： 细胞分裂成四个子细胞，每个子细胞都是单倍体的（n），并且每条染色体只包含一条染色单体。

那么，为什么减二不会发生基因重组呢？

原因非常直接且关键：基因重组（同源染色体间的交叉互换）需要的是成对的同源染色体。

在减一前期，同源染色体之所以能够配对并进行交叉互换，是因为它们在形态、大小和基因组成上高度相似（尽管基因的具体等位基因可能不同）。这种相似性使得它们能够精确地识别、联会并进行DNA片段的交换。
然而，在减一后期，同源染色体已经完成了分离。 每个子细胞都只含有一套染色体，也就是说，来自父亲和母亲的同源染色体已经分开了，不再配对存在于同一个细胞中。
进入减二分裂的细胞，其染色体是姐妹染色单体。姐妹染色单体是同一个染色体在DNA复制时产生的精确拷贝。 它们携带相同的基因和相同的等位基因（除非在DNA复制过程中发生了突变，但这是非常罕见的，且不是通常意义上的基因重组）。
姐妹染色单体之间是不可能发生同源重组的。 它们之间没有配对的基础，也没有交换DNA的必要性。减二后期的核心事件是姐妹染色单体分离，将一套完整的单倍体遗传物质（每条染色体只含一个DNA分子）传递给子细胞。

打个比方：

你可以把减一比作是两家人（来自父亲和母亲的染色体），在一次大型的社交活动中，他们会互相介绍自己的成员（同源染色体配对），并且在交流中，一些成员会交换一些小物品（基因重组）。活动结束后，这两家人就分开了，各自回到自己的家里（进入两个子细胞）。

到了减二，每个家庭里的人（染色体）都会去参加另一个小型的聚会。在这个聚会里，每个人都会把自己的另一半“同步器”（姐妹染色单体）分开，然后各自携带一份完整的“工具包”（DNA分子）离开。在这个过程中，大家不会再互相交换物品了，因为他们已经是相对独立的个体，而且他们的“工具包”都是自己生产的，内容是一样的。

所以，简单来说，减二不发生基因重组的根本原因在于，构成减二分裂的细胞中，已经没有了可以相互配对的同源染色体，只有成对的、高度相似的姐妹染色单体。基因重组的机制是建立在同源染色体配对和DNA片段交换的基础之上的，而这一过程在减一已经完成。 减二的主要目的是将复制好的DNA平均分配给子细胞，以形成单倍体的生殖细胞。

网友意见

教科书或考试题说减数第二次分裂不会发生基因重组，可能是因为教科书相关章节的编者主要关注同源重组、关注“一般情况”且和谈基因工程的编者没沟通好，或者教科书编者觉得高中生不应该学那么多容易混乱的概念，或者其他复杂的考量。

在这个阶段做题的时候，你应当按教学要求做。到了做科研的时候，你可以拿证据出来喷他们。

在遗传学上，只要 DNA 片段从原有位置脱离、转移到新的位置，就可以算是基因重组，根本不需要管转移前后的染色体是否同源、转移对象与提供者是不是同种生物，跟减数分裂没有任何绑定关系。减数分裂重组由 Spo11 蛋白形成的双链断裂 (DSB) 启动^[1]，主要发生在减数第一次分裂。

基因重组经常发生在减数分裂时非姐妹染色单体上的基因之间，但更常发生在细菌、病毒等和减数分裂边都不沾的家伙体内。减数第二次分裂中也可以发生各式各样的基因重组事件。这些一般不是“减数分裂重组”要讨论的问题。

在基因工程育种中，人工插入现有生物的基因序列可以属于基因重组，人工敲除特定序列、人工制造自然界不存在的序列不属于基因重组。

参考

1. ^ Keeney S, Giroux C. N, Kleckner N (1997) Meiosis-specific DNA double-strand breaks are catalyzed by Spo11, a member of a widely conserved protein family. Cell 88: 375–384.

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