北京基因組所等揭示人類胚胎髮育和進化機制

人類的生命從受精卵開始。一個受精卵如何發育成一個含有200多種細胞類型、36個重要器官的複雜有機體，是生命科學最大的難題之一。已知發育的進行需要體內基因能夠按照設定程序、在特定時間和特定地點有序地表達，這個過程稱為基因表達的編程。就像計算機程序的運行需要使用計算機語言來編程一樣，人體設定基因表達程序的一種「編程語言」被稱為「染色體開放狀態」。

近日，中國科學院北京基因組研究所劉江團隊與山東大學附屬生殖醫院陳子江團隊、廣州醫科大學劉見橋團隊合作，在國際上首次解讀了這種「編程語言」如何指揮人類胚胎的基因表達，相關研究成果發表在《細胞》上。

體內的各種細胞幾乎都有大量基因的表達。然而，人受精之後大約有2天的時間非常特殊，這段時期的細胞和人類其它所有的細胞都有巨大的差異，該時期的胚胎幾乎沒有基因表達。如何讓人的基因開始表達，哪些基因會先表達、哪些基因後表達，一直以來都是該領域的研究難點。劉江團隊等克服了研究材料缺乏的難題，建立了微量細胞研究方法，在國際上首次研究了人類胚胎基因組的激活機制。該研究找到了啟動人類基因組表達的關鍵分子Oct4，發現在進化歷史中，最先出現的基因（老基因）會先表達，而最後出現的基因往往會後表達，其原因是細胞設定程序讓老基因的調控開關最先被打開。

該研究還揭示了人類進化的一個重要新機制。DNA的突變會引起人類的進化，DNA序列中有一類被稱為轉座子的DNA片段，它們常常會從一個區域跳到另一個區域，而這種跳動會產生DNA突變。科研人員判斷，轉座子引起人類進化的重要原因是引起人類進化的轉座子恰好主要在胚胎中處於活躍狀態，使人類基因組產生新突變，而只有在胚胎中產生的突變，才更可能傳遞到後代中，從而引起人類的進化。

劉江團隊多年來致力於胚胎髮育研究，此前連續3次在《細胞》發表文章，相關研究揭示了DNA甲基化圖譜在魚類從精子而非卵子中傳遞到子代胚胎，發現了哺乳動物子代繼承親代DNA甲基化圖譜的規律，更新了關於受精後DNA甲基化圖譜重編程的傳統認識。本次研究的成果打開了認識人類胚胎髮育基因表達調控的大門，使我國在人類發育領域的研究中處於國際領先地位，將為人類的優生優育提供理論基礎。

染色體開放性在人類胚胎早期發育過程中對基因表達及其與進化的關聯

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