本报讯(中国青年报·中青在线记者 邱晨辉)记者从中国科学院北京基因组所获悉,由该所研究员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,在国际上首次研究出人类胚胎合子基因组的激活机制,进而揭示了人类胚胎发育和进化的奥秘,相关研究已于3月9日在国际顶级学术期刊《细胞》(CELL)发表。

  人类的生命始于受精卵,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,是生命科学领域最大的难题之一。随着生命科学的发展,科学家已经知道,“发育”的进行需要人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进行有序地表达——这个过程被称作“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也有自己的“编程语言”,其中一种“编程语言”被称为“染色体开放状态”。刘江联合团队这一次所解读的,就是这种“编程语言”如何指挥人类胚胎的基因表达,这在国际上还是首次,被认为打开了人类胚胎发育基因表达调控的认知大门。

  刘江说,人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他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,一直以来都是基因研究领域的难题。

  据介绍,刘江团队长期致力于胚胎发育研究,此前已连续3次在《细胞》杂志发表文章,揭示DNA甲基化图谱在哺乳动物和鱼类的继承规律,更新了关于受精后DNA甲基化图谱重编程的传统认识。

  刘江说,这一次,联合团队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。科学家们找到了启动人类基因组表达的关键分子,发现在进化历史中,最先出现的基因——也就是老基因,会“先表达”,而最后出现的基因,往往是“后表达”。究其原因,在于细胞设定程序让老基因的调控开关“先被打开”。

  该研究还揭示了人类进化的一个重要新机制。刘江说,DNA的突变会引起人类的进化,这是因为,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。

  这次研究中,科学家发现“转座子”引起人类进化的重要原因是,这些转座子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。这些研究让我国在人类发育领域的研究中处于国际领先地位。