我国科学家在人类胚胎发育和进化研究中取得重要进展
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发布时间：2018-03-26
图. 染色体开放性在人类胚胎早期发育过程中对基因表达及其与进化的关联
在国家自然科学基金项目（项目编号：91731312，31425015，31601052）等资助下，中国科学院北京基因组所刘江团队与山东大学附属生殖医院陈子江团队、广州医科大学刘见桥团队合作，在国际上首次解读了“染色体开放性” 如何指挥人类胚胎的基因表达。研究成果以“Chromatin Accessibility Landscape in Human Early Embryos and its Association with Evolution”（人类胚胎染色体开放性及其与进化的关联）为题，于2018年3月9日在国际顶级期刊Cell（《细胞》）上在线发表，论文链接http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30172-7。
发育的进行需要体内的基因能够按照设定的程序、在特定的时间和特定的地点有序地表达，这个过程称为基因表达的编程。人体设定基因表达程序的一种“编程语言”被称为“染色体开放状态”。早期胚胎发育中“染色体开放性”如何指挥人类胚胎的基因表达并不是很清楚，刘江团队等克服研究材料缺乏的难题，建立了少至50细胞的研究染色体开放状态的方法，在国际上首次研究人类胚胎基因组的激活机制。科学家们找到启动人类基因组表达的关键分子（OCT4）。在人类合子基因组激活时期，染色质开放区域富集OCT4的结合基序；抑制OCT4的表达会导致大量合子基因无法正常表达。同时，发现人类在进化中，最先出现的基因（老基因）会先表达、而最后出现的基因往往会后表达。究其原因是细胞设定程序让老基因的调控开关最先被打开。
该研究还揭示了人类进化的一个重要新机制。DNA的突变会引起人类的进化，DNA序列中有一类被称为转座子的DNA片段，这类DNA片段在转录为RNA后，经逆转录成为 cDNA并随机插入到基因组的新位点，这种跳动就会产生DNA突变。研究发现引起人类进化的转座子恰恰主要在胚胎（而非成熟组织）中处于染色质开放状态，并具有转录成RNA的活性，转座子的这种活跃状态会使人类基因组产生新突变，而只有在胚胎中产生的突变，才更可能传递到后代中，从而引起人类的进化。
刘江团队一直致力于胚胎发育研究，此前连续三次在《细胞》杂志发表文章，揭示DNA甲基化图谱在鱼类从精子而非卵子中传递到子代胚胎；发现哺乳动物子代继承亲代DNA甲基化图谱的规律，更新了关于受精后DNA甲基化图谱重编程的传统认识。该研究成果为人类胚胎发育基因表达调控深入研究奠定基础，并将会为人类的优生优育提供理论依据。
（本文转载国自然基金委员会）
