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北京基因组所揭示人类胚胎发育和进化机制

  

  人类的生命从受精卵开始,一个受精卵如何发育成一个含有200多种细胞类型、36个重要器官的复杂有机体,是生命科学最大的难题之一。随着生命科学的发展,已知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。就像计算机程序的运行需要使用计算机语言来编程一样,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”。中国科学院北京基因组研究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这种“编程语言”如何指挥人类胚胎的基因表达,相关研究在39日发表于国际顶级期刊Cell 

  我们体内的各种细胞几乎都有大量基因的表达。然而,人受精之后大约有两天的时间非常特殊,这段时期的细胞和人类其它所有的细胞都有巨大的差异,这段时间的胚胎几乎没有基因表达。如何让人的基因开始表达,哪些基因会先表达、哪些基因后表达,一直以来都是研究难点。刘江团队等克服了研究材料缺乏的难题,建立了微量细胞的研究方法,在国际上首次研究了人类胚胎基因组的激活机制。科研人员找到了启动人类基因组表达的关键分子(Oct4),发现在进化历史中,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,它们常常会从一个区域跳到另一个区域,这种跳动就会产生DNA突变。科研人员在该研究中判断转座子引起人类进化的重要原因是引起人类进化的转座子恰恰主要在胚胎中处于活跃状态,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。 

  北京基因组所刘江团队一直致力于胚胎发育研究,此前已连续三次在《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;发现了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。本次的研究成果打开了认识人类胚胎发育基因表达调控的大门,使我国在人类发育领域的研究中处于国际领先地位,这一研究成果将会为人类的优生优育提供理论基础。 

  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 

 

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