表觀遺傳修飾包括DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)可及性和染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)等，在基因的表達(dá)調(diào)控中發(fā)揮重要作用。人類精子和卵細(xì)胞的染色質(zhì)表觀修飾狀態(tài)存在較大差異。在受精后的早期胚胎里，來自精子的父源染色質(zhì)和來自卵細(xì)胞的母源染色質(zhì)會(huì)經(jīng)歷劇烈的表觀遺傳修飾重編程，最終達(dá)到兩者類似的模式。人類胚胎的合子基因組在8-細(xì)胞階段才開始激活，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生大量的合子RNA調(diào)控胚胎發(fā)育。合子基因組激活（zygotic genome activation，ZGA）是早期胚胎發(fā)育中的關(guān)鍵生物學(xué)事件。然而，父源和母源基因組是否在人類ZGA中發(fā)揮不同的作用目前尚不清楚。

近日，中國科學(xué)院北京基因組研究所（國家生物信息中心）研究員劉江研究組，與中科院院士、山東大學(xué)教授陳子江團(tuán)隊(duì)合作，在Cell Discovery上，發(fā)表了題為Human zygotic genome activation is initiated from paternal genome的研究論文。該研究揭示了父源基因組和母源基因組在人類ZGA中的作用差異，發(fā)現(xiàn)了人類的ZGA起始于父源基因組。

該研究通過對(duì)人類孤雄、孤雌單倍體早期胚胎進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組比較分析，探究人類父源和母源基因組在調(diào)控胚胎基因表達(dá)上的異同點(diǎn)。該研究揭示了人類ZGA在孤雄和二倍體胚胎的8-細(xì)胞階段啟動(dòng)，而在孤雌胚胎的桑葚胚階段才開始。對(duì)胚胎各個(gè)階段發(fā)育時(shí)間的觀察結(jié)果顯示，人類孤雌和孤雄胚胎的發(fā)育時(shí)相相似，排除了孤雌胚胎發(fā)育延遲的可能性。不同于人類胚胎，小鼠胚胎的ZGA在孤雄、孤雌胚胎的同一階段發(fā)生，說明孤雄胚胎的ZGA先于孤雌胚胎是人類特異的現(xiàn)象。進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，靈長(zhǎng)類特異的轉(zhuǎn)錄因子ZNF675在人類ZGA中發(fā)揮重要作用，在8-細(xì)胞階段，ZNF675在孤雄胚胎中特異性高表達(dá)。另外，孤雄特異性高表達(dá)的LSM1對(duì)人類母源RNA降解和ZGA也頗為重要。ZNF675與LSM1的孤雄特異性高表達(dá)與孤雄特異的染色質(zhì)可及性相關(guān)聯(lián)。更重要的是，人類二倍體胚胎的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)也支持ZNF675與LSM1的父源特異性表達(dá)。該研究發(fā)現(xiàn)人類的ZGA起始于父源基因組。該成果為我們探索人類親本基因組在調(diào)控早期胚胎發(fā)育中的異同點(diǎn)提供了有力的依據(jù)和資源。

研究工作得到科技部、國家自然科學(xué)基金和中科院等的支持。

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人類孤雌、孤雄胚胎的基因表達(dá)差異及內(nèi)在調(diào)控機(jī)制

來源：中科院