孟德尔遗传定律中的“独立分配定律”告诉我们：位于不同染色体上的基因在减数分裂过程中形成配子时随机组合、互不干扰。但由于百万亿次的超大计算量的阻碍，这一现象从未在全基因组尺度上被严格验证。
近日，生物信息科学与技术学院姜永帅教授团队在生物学权威期刊《GenomeBiology》上发表了题为“GPU-accelerated linkage disequilibrium scans reveal non-independent assortment of human non-homologous chromosomes”的研究论文。该研究创新性地使用自主研发的GPU加速技术Cheeta V1.0，对千人基因组计划中26个群体的2,594份样本、2,621,978个SNP位点进行了前所未有的超大规模计算，累计分析了超过100万亿对染色体间位点的连锁不平衡（LD）关系。
核心发现：非同源染色体之间也存在“遗传关联”。按照孟德尔独立分配定律，位于不同染色体上的等位基因应该随机组合。然而，研究团队通过对22对常染色体扫描发现了1,195对高连锁不平衡位点（r² ≥ 0.8），意味着这些位点的等位基因在群体中并非随机组合，而是倾向于共同遗传。其中，14号与22号染色体之间的高LD位点对占比高达45.2%，暗示可能存在跨染色体单倍型。
位置偏好：高LD位点高度集中于着丝粒附近。进一步物理定位发现，超过94%的高LD位点对至少有一个位点落在着丝粒核心区域上下游1 Mb范围内，将范围扩大到3 Mb时，这一比例超过99.6%。这表明非同源染色体之间的非随机关联并非随机分布，而是特异性地集中在着丝粒附近。
为验证这一结果，研究团队还分析了Hi-C三维基因组数据，发现非同源染色体着丝粒区域之间的空间物理相互作用强度显著高于非着丝粒区域（p < 1e-16），从三维结构层面为这一发现提供了独立证据。
人群差异：与人类演化历史完美吻合。不同人群之间的比较揭示了丰富的演化信息。非洲血统人群（AFR）中高LD位点对数量最少，而东亚人群（EAS）中数量最多，后者几乎是前者的5倍。这一模式与已知的人类演化历史高度一致：非洲人群经历了最长的演化时间和最多的历史重组事件，导致连锁不平衡衰减更快；而东亚人群相对较晚的扩张历史使得某些染色体间关联得以保留。
这项研究首次从全基因组尺度证明人类非同源染色体在着丝粒区域并非完全独立分配。这一发现不仅对孟德尔独立分配定律提出了重要补充，也为理解着丝粒的结构与功能、基因组三维空间组织以及复杂疾病的遗传机制提供了全新视角。
生物信息科学与技术学院教师吕文华为第一作者，姜永帅、吕洪超、张明明为本文的通讯作者。
原文链接：
https://link.springer.com/article/10.1186/s13059-026-04019-9
