近日，中国科学院脑科学与智能技术卓越中心孙强团队和上海交通大学毛亚飞团队联合国内外多家机构科研团队在人类2号染色体起源研究领域取得重要进展。相关成果发表在Cell Genomics上，题为“Incomplete lineage sorting of segmental duplications defines the human chromosome 2 fusion site early during African great ape speciation”。该研究系统解析了人类2号染色体的融合起源的遗传成因，明确其开始发生于非洲大猿祖先早期演化阶段，并在现代人类基因组中融合位点处形成一个由多段片段重复构成的复杂桥接结构。研究提出，不完全谱系分选（ILS）驱动亚端粒结构多样性是融合得以固定的关键遗传演化机制。进一步的功能实验表明，该融合位点可能具有调控神经发育基因表达的能力，从而参与塑造人类独特的脑特征。

在人类与其他大猿之间，染色体数量的差异一直被视为灵长类演化中最醒目的标志之一。人类（23对染色体）相较于黑猩猩、大猩猩等大猿少一对染色体，其根源在于染色体2a与2b在进化过程中发生了“头对头”融合，形成了现代人类的2号染色体。1991 年，研究者在2q13–2q14区域发现反向排列的端粒重复，为端粒–端粒融合提供了最早的细胞遗传学证据。 由于融合区域极度复杂，富含卫星DNA、转座子以及大规模片段重复，其复杂性长期阻碍了对融合时间与形成机制的精确定义，使既往推断跨度从90万年至 700 万年不等。加之早期分析手段有限，这一融合何时出现、以何种结构方式形成、是否影响了人类特有生物学特征（如大脑发育）等关键问题一直未得到直接证据回答。

本研究基于对复杂重复序列的高精度解析，发现人2号染色体融合并非两条祖先染色体简单的“首首相接”，而是在其间形成了约109kb的复杂“桥接”结构。该结构由三段来源各异的片段重复（SD_fusion_A/B/C）组成，并保留与黑猩猩亚端粒高度同源的序列，呈现出深层的古老遗迹。系统发育分析进一步揭示，该区域片段重复的基因树与人类、黑猩猩和大猩猩的物种树明显不一致，呈现显著的不完全谱系分选（ILS）特征，其程度远高于全基因组平均水平。这表明人类保留了来自非洲大猿早期祖先的多样结构单倍型，融合事件可能起源于共同祖先阶段，并在不同谱系中随机传递。为了进一步探究了融合事件产生的生物学作用，利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，在人类诱导多能干细胞（iPSC）中杂合敲除了融合位点，发现融合位点的缺失导致神经祖细胞的转录调控重塑显著，多个涉及轴突生成、神经元分化、前脑发育和发育调控基因改变。这一结果提示，融合位点可能作为重要的调控序列，参与塑造人类独特的神经系统特征。

该研究首次明确融合事件的起始可追溯至非洲大猿物种形成早期（>500–700万年前），远早于人类与黑猩猩的谱系分化，并提出2号染色体融合的新演化模型，为探索“人类为何独特”这一核心科学问题提供了新的证据与研究框架。

图2. 两种演化模型的示意图对比

综上所述，该研究提出的2号染色体融合的新演化模型指出，在非洲大猿祖先种群规模庞大，亚端粒区域结构多样性高的背景下，不完全谱系分选（ILS）成为驱动该区域重塑的核心动力。现代人类最终继承的特定亚端粒结构，为融合的发生提供了独特的遗传背景。该发现不仅对既往融合机制的认识提出了新的见解，也为理解现代人类独特核型的形成提供了坚实的遗传基础。

论文通讯作者为上海交通大学毛亚飞研究员、中国科学院脑智卓越中心孙强研究员与华盛顿大学Evan E. Eichler教授。上海交通大学本科生杨子坤、博士生蒋欣芮、助理研究员杨翔宇以及中国科学院脑智卓越中心博士生张璐为本文的共同第一作者。该研究获得新基石科学基金会所设立的科学探索奖、国家自然科学基金、科技部重点研发计划和上海交通大学2030专项等多项资助支持。