Nanopore 测序揭示疟原虫 Plasmodium falciparum 的 DNA 复制时序程序

在哺乳动物细胞中，基因组被划分为早复制和晚复制的时序域，这一复制时序（replication timing, RT）程序与染色质压缩程度、基因表达以及三维基因组结构密切相关 ^[1]，晚复制域在复制压力下也常成为基因组不稳定性的热点区域。Repli-seq 及其后续改进方法通过 BrdU 脉冲标记结合流式分选，使人们得以在全基因组尺度上刻画 RT 模式 ^[2][4]，并发现 RT 在不同细胞类型间具有显著的可塑性，且与染色质开放性、转录活性等表观特征偶联 ^[1][2]。在更精细的时间分辨率下，多种复制时序规律和复制起始区被进一步解析 ^[3]，而 RT 与核架构因子 Rif1 所标记的晚复制域之间的因果关系也开始被揭示 ^[5]。

然而，上述方法高度依赖标准的细胞周期——特别是 S 期同步化与分选——因此对那些采用非常规细胞周期的生物并不直接适用。恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）正是这样一个例子：它通过裂体增殖（schizogony）这种独特的无性繁殖方式进行核分裂，使传统 Repli-seq 难以实施。疟原虫基因组是否同样被组织为早、晚复制的时序域，一直是该领域悬而未决的问题。

针对这一空白，本研究利用 Oxford Nanopore Technologies 的长读长测序平台，结合可在单分子水平识别 BrdU 掺入位点的 DNAscent 工具，在 P. falciparum 中描绘出其复制时序程序，并将其与 DNA 断裂及复制叉停滞的分布联系起来。研究观察到，DNA 断裂与复制叉停滞多集中于特定的复制时相区段，但这些停滞事件大多被预测为瞬时性的（transient），暗示基因组不稳定性风险可能具有时序性偏向，却又能在常规复制过程中得到缓冲。

尽管如此，仍有若干问题有待解答：该时序程序与染色质状态、基因表达之间的对应关系是否同样适用于疟原虫；不同生命周期阶段或虫株之间 RT 是否存在可塑性；以及瞬时停滞背后的分子机制是否构成新的药物靶点。最近，已有研究开始描绘 P. falciparum 裂体增殖过程中各 S 期的复制动力学，发现 S 期最长 ^[6]，但将这些动力学数据与全基因组时序程序系统整合，仍有待后续工作。