作者及机构
本研究由剑桥大学遗传学系的Daniel Gebert（第一作者）、Amir D. Hay、Jennifer P. Hoang、Adam E. Gibbon、植物科学系的Ian R. Henderson以及生理学、发育与神经科学系的Felipe Karam Teixeira（通讯作者）共同完成，研究成果发表于2025年的*Genome Biology*期刊。
学术背景
果蝇（*Drosophila*）作为经典的模式生物，长期以来为遗传学和基因组学研究提供了重要见解。然而，其基因组中高度重复的区域（如转座子（transposable elements, TEs）和串联重复的卫星DNA（satellite DNA））由于技术限制，一直难以完整组装和分析。这类重复序列在着丝粒（centromere）和异染色质（heterochromatin）区域富集，对染色体结构和功能至关重要，但其进化动态和功能机制尚不明确。
本研究旨在通过结合长读长测序（Oxford Nanopore Technology, ONT）和染色体构象捕获技术（Hi-C），构建30个果蝇物种的染色体水平基因组组装，系统分析着丝粒卫星DNA的进化动态，并揭示其在染色体结构重塑中的作用。
研究流程
1. 基因组组装与注释
- 样本选择：研究选取30个果蝇物种，涵盖约40-62百万年的进化历程，分为6个亚群（如melanogaster、ananassae等）。
- 测序与组装：利用ONT长读长测序生成初始contigs，再通过Hi-C数据（来自雌性果蝇）进行染色体水平 scaffolding，最终获得N50中位数为30.4 Mb的高质量基因组组装。
- Muller元素分配：通过全基因组比对，将染色体臂统一命名为Muller元素（A-F），以标准化跨物种比较。
- 基因与重复序列注释：使用MAKER进行基因预测，结合RNA-seq数据（卵巢组织）验证；通过RepeatMasker和TRASH（Tandem Repeat Annotation and Structural Hierarchy）分别注释转座子和卫星DNA。
染色体结构与进化分析
卫星DNA的进化动态
主要结果
1. 高质量基因组资源：新组装的基因组在重复区域（如着丝粒）的连续性显著优于以往参考基因组（如dm6），例如在*D. melanogaster*中首次完整组装了dodeca和prodsat卫星序列。
2. 染色体进化路径多样性：ananassae亚群的A和F元素通过新着丝粒卫星DNA的扩张形成中间着丝粒结构，而*D. littoralis*的E元素则通过异染色质区重排实现类似转变。
3. 卫星DNA的快速辐射：在ananassae亚群（除*D. ananassae*外）中，Fam1、Fam2a/b和Fam3卫星家族在约8.1-10.9百万年内爆发性扩增，形成长达2 Mb的连续阵列，占基因组的7%以上。
结论与意义
本研究提供了果蝇属迄今最完整的基因组资源，揭示了卫星DNA在着丝粒进化中的核心作用。特别地，ananassae亚群中卫星DNA的高阶重复结构为研究着丝粒功能的表观遗传调控（如CENP-A定位）提供了新模型。此外，研究提出的“卫星驱动染色体结构重塑”假说，挑战了传统认为转座子是着丝粒主要成分的观点，为理解真核生物染色体进化提供了新视角。
研究亮点
1. 技术创新：结合ONT和Hi-C的组装策略显著提升了重复区域的连续性，为复杂基因组研究树立了新标准。
2. 进化发现：首次在果蝇中报道了类似人类的着丝粒卫星结构，填补了无脊椎动物与高等真核生物着丝粒进化研究的空白。
3. 模型价值：将ananassae亚群确立为研究着丝粒可塑性和卫星DNA功能的新体系，推动了对非编码重复序列功能的研究。
其他价值
研究还鉴定了一批在进化中高度保守的基因簇（如Osiris和Tetraspanin家族），这些区域可能对果蝇的发育或适应性具有关键作用，为后续功能研究提供了靶点。