同源染色體

同源染色體（homologous chromosomes）是有絲分裂中期看到的長度和着絲點位置相同的兩個染色體，或減數分裂時看到的兩兩配對的染色體。同源染色體一個來自父體，一個來自母體；它們的形態、大小和結構一般相同。由於每種生物染色體的數目是一定的，所以它們的同源染色體的對數也一定。例如豌豆有14條染色體，7對同源染色體。同源染色體上常含有不同的等位基因，減數分裂時又進行了交換並隨機地分配到不同的性細胞中去，這對於遺傳重組有重要意義。

正常細胞中，一對同源染色體若表示為由兩條染色體A、B組成，在減數分裂中變成“AA`”組和“BB`”組，兩組聯會形成四分體；有絲分裂中變成“AA`”組和“BB`”組，但兩組不聯會，在有絲分裂中期染色體的着絲點整齊排列在赤道板上，着絲點分開後染色體平均分配到兩個子細胞。

在生物體的有性生殖過程中，有性生殖細胞是通過細胞分裂的減數分裂形成的。在減數分裂的分裂間期，精原細胞的體積略微增大，染色體進行復制，成為初級精母細胞。複製後的每條染色體都含有兩條姐妹染色體，這兩條姐妹染色單體並列在一起，由同一個着絲點連接着。分裂期開始後不久，初級精母細胞中原來分散存在的染色體進行配對。而在減數第二次分裂過程中不存在同源染色體。

區分同源染色體與姐妹染色單體：姐妹染色單體是由一個着絲點連着的並行的兩條染色單體，是在細胞分裂的間期由同一條染色體經複製後形成的，兩條染色單體的DNA序列完全一致。儘管它們形狀大小相同，但並非一條來自父方、一條來自母方，所以姐妹染色單體不是同源染色體。同源染色體的兩條單體的DNA序列不相同，並且分別來源於父母體。

同源染色體在減數分裂和有絲分裂過程中都很重要，它允許來自母體和父體的遺傳物質通過進行重組和隨機分離進入新細胞 ^[1]  。

同源染色體一條來自母方，一條來自父方。

減數分裂以後形成的配子（生殖細胞）中沒有同源染色體，只有在受精作用後，精子的細胞核和卵子的細胞核融合後染色體數加倍，在這以後才有了同源染色體，其中的一條來自母體，而另一條來自父體。

減數分裂（Meiosis）進行兩次細胞分裂，產生四個單倍體子細胞，每個子細胞含有親體細胞的一半染色體。它首先通過分離減數分裂I期中的同源染色體，再通過分離減數分裂II期中的姐妹染色單體，將生殖細胞中的染色體數量減少一半 ^[2]  。減數分裂I期的過程通常比減數分裂II期長，因為染色質複製需要更多的時間，並且同源染色體在分裂I期通過配對和染色體聯會適當定位和分離也需要時間 ^[3]  。減數分裂過程的遺傳重組（通過隨機分離）和交會產生的每個子細胞，均含有來自母體和父體編碼基因的不同組合 ^[4]  。這種基因重組允許引入新的等位基因配對和遺傳變異。生物間的遺傳變異通過提供更廣泛的自然選擇的遺傳特性來促使種羣更加穩定 ^[4]  。因此，減數分裂不僅是保證生物種染色體數目穩定的機制，同且也是物種適應環境變化不斷進化的機制。

減數分裂I期的前期I中，DNA已經經歷了複製，因此，每個染色體由兩個相同的染色單體組成（姐妹染色體），這些染色體由一個共同的着絲粒連接 ^[2]  。在前期I的合子階段，同源染色體相互配對。這種配對通過聯會過程發生，其中聯會複合體 被組裝並沿着它們的長度方向與同源染色體連接 ^[3]  。發生在同源染色體之間內聚交聯，有助於它們抵抗同源染色體的被拉開直到減數分裂後期。遺傳交叉是一種重組，發生在前期I的粗線期。另外經常發生的另一種類型的重組是合成依賴性鏈退火重組（SDSA）。 SDSA重組涉及配對同源染色單體之間的信息交換，但不涉及物理交換。 SDSA重組也不會導致交叉。在交叉過程中的基因的交換是通過染色體同源部分的斷裂和結合來實現的。交換髮生在稱為交叉站點的場所。一旦交叉發生，該交叉站點將於同源染色體結合，並伴隨其後的染色體分離過程。無論是非交換還是交換類型的重組都能起到修復DNA損傷作用，特別是雙鏈斷裂的修復。在前期I的雙線期階段，聯會複合體分解，在此之前同源染色體分離，但姐妹染色單體仍通過着絲粒保持不分離 ^[2]  。

在減數分裂I的中期I中，同源染色體對（也稱為二價體或四分體）沿着中期板隨機排列。這種隨機排列也是細胞引入遺傳變異的另一種方式。此時，從紡錘體主軸杆兩端發出的減數分裂紡錘體通過着絲點與每個同源物（每對姐妹染色單體）相連。

在減數分裂I的後期I中，同源染色體彼此分開。同源物被分離酶切割後，會釋放出將同源染色體臂保持在一起的粘連蛋白。這使得交叉站點得到釋放，同源物移動到細胞的相反極 ^[2]  。同源染色體被隨機分離到兩個子細胞中，這兩個子細胞將經歷減數分裂II以產生四個單倍體子代生殖細胞 ^[5]  。

在減數分裂I中同源染色體的四分體分離之後，姐妹染色單體也進行了分離 ^[5]  。兩個單倍體（因為染色體數目減少了一半）子細胞在減數分裂II中進行另一次細胞分裂，但不進行另一輪染色體複製 ^[5]  。兩個子細胞中的姐妹染色單體在後期II被核紡絲纖維拉開，產生四個單倍體子細胞 ^[4]  。

同源染色體在有絲分裂中的功能與減數分裂中的功能不相同。在每個細胞經歷有絲分裂之前，親體細胞中的染色體會自身複製。但細胞內的同源染色體通常不會配對也不進行基因重組。相反，複製子或姐妹染色單體將沿着中期板排列，然後以與減數分裂II相同的方式分離， 即通過核有絲分裂紡錘體在它們的着絲粒處被拉開。即使在有絲分裂期間姐妹染色單體之間確實發生了交叉，也不會產生任何新的重組基因型 ^[4]  。

在大多數情況下，同源配對發生在生殖細胞中，但體細胞中也有發生。例如，人類體細胞具有非常嚴格調節的同源配對（分離成染色體疆域，在發育信號控制下在特定基因位點配對）。其他物種（特別是果蠅）同源配對更頻繁。在21世紀早期的高通量篩選闡明瞭體細胞中同源配對的各種功能。