Programmed DNA double-strand break (DSB) formation is a unique meiotic feature that initiates recombination-mediated linking of homologous chromosomes, thereby enabling chromosome number halving in meiosis. DSBs are generated on chromosome axes by heterooligomeric focal clusters of DSB-factors. Whereas DNA-driven protein condensation is thought to assemble the DSB-machinery, its targeting to chromosome axes is poorly understood. We discovered in mice that efficient biogenesis of DSB-machinery clusters requires seeding by axial IHO1 platforms, which are based on a DBF4-dependent kinase (DDK)-modulated interaction between IHO1 and the chromosomal axis component HORMAD1. IHO1-HORMAD1-mediated seeding of the DSB-machinery on axes ensures sufficiency of DSBs for efficient pairing of homologous chromosomes. Without IHO1-HORMAD1 interaction, residual DSBs depend on ANKRD31, which enhances both the seeding and the growth of DSB-machinery clusters. Thus, recombination initiation is ensured by complementary pathways that differentially support seeding and growth of DSB-machinery clusters, thereby synergistically enabling DSB-machinery condensation on chromosomal axes.

Orderly segregation of chromosomes during meiosis requires that crossovers form between homologous chromosomes by recombination. Programmed DNA double-strand breaks (DSBs) initiate meiotic recombination. We identify ANKRD31 as a critical component of complexes of DSB-promoting proteins which assemble on meiotic chromosome axes. Genome-wide, ANKRD31 deficiency causes delayed recombination initiation. In addition, loss of ANKRD31 alters DSB distribution owing to reduced selectivity for sites that normally attract DSBs. Strikingly, ANKRD31 deficiency also abolishes uniquely high rates of recombination that normally characterize pseudoautosomal regions (PARs) of X and Y chromosomes. Consequently, sex chromosomes do not form crossovers leading to chromosome segregation failure in ANKRD31-deficient spermatocytes. These defects are accompanied by a genome-wide delay in assembling DSB-promoting proteins on axes and a loss of a specialized PAR-axis domain that is highly enriched for DSB-promoting proteins. Thus, we propose a model for spatiotemporal patterning of recombination by ANKRD31-dependent control of axis-associated complexes of DSB-promoting proteins.