來自同濟大學醫學院、加州大學洛杉磯分校和南京醫科大學大學的研究人員，采用單細胞RNA測序技術揭示了人類和小鼠早期胚胎的遺傳程序，研究成果發表在7月28日的《自然》(Nature)雜志上。
同濟大學醫學院的薛志剛(Zhigang Xue)博士、南京醫科大學的劉嘉茵(Jia-yin Liu)教授及加州大學洛杉磯分校的范國平(Guoping Fan)教授是這篇論文的共同通訊作者。
哺乳動物胚胎發育起始于卵子和精子的融合。經歷遷移、基因組和表觀遺傳時空表達調控以及受精卵/胚胎基因組活化等過程形成桑椹胚，進而形成囊胚，植入子宮壁并進一步發育成胚胎。哺乳動物植入前胚胎發育的程序化過程，是發育生物學的核心問題，弄清這一過程，對于研究哺乳動物早期發育具有重要意義。因受到研究方法、實驗材料等因素的影響，過去對于人類植入前胚胎發育的基因表達譜研究受限。近年來單細胞RNA測序(RNA-seq)技術進展，為以高分辨率研究早期人類胚胎中的基因調控提供了前所未有的機遇。
在這篇文章中，研究人員采用單細胞RNA測序對人類和小鼠胚胎從卵母細胞到桑椹胚階段的轉錄組動態進行了全面的分析。基于人類卵裂球信使RNAs單核苷酸變異(single-nucleotide variant，SNV)以及父系特異性單核苷酸多態，研究人員確定了相當重要一部分(25-53%)多態基因轉錄物(polymorphic gene transcripts)的階段特異性單等位基因表達模式。
通過權重基因共表達網絡分析(WGCNA)，研究人員發現通過少量共表達基因功能性模塊就可以簡明地描繪每個發育階段。這表明在細胞周期、基因表達、翻譯和代謝信號通路發生了按順序連續的轉錄變化，從卵裂到桑椹胚階段以分階段的方式發揮作用，且該機制在物種間保守存在。跨物種比較小鼠植入前胚胎和人類植入前胚胎揭示，大多數的人類階段特異性模塊(9個中有7個)顯著得以保留，人類和小鼠之間發育特異性和時序上存在差異。
此外，研究人員鑒別了人類和小鼠網絡中一些保守的模塊成員：hub基因。這些新型的候選基因有可能在驅動哺乳動物植入前胚胎發育中發揮了關鍵性的作用。
這些研究結果為闡明早期胚胎逐步發育過程中的基因調控機制提供了寶貴的資源，并有可能對干細胞研究領域及改善人類輔助生殖技術產生重要及深遠的影響。
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