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人類的生命從受精卵開(kāi)始。一個(gè)受精卵是如何發(fā)育成含有200多種細(xì)胞類型、36個(gè)重要器官的復(fù)雜有機(jī)體的？這是生命科學(xué)最大的難題之一。隨著生命科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家已經(jīng)知道，發(fā)育的進(jìn)行需要體內(nèi)的基因能夠按照設(shè)定的程序、在特定的時(shí)間和特定的位置有序地表達(dá)，這個(gè)過(guò)程稱為基因表達(dá)的編程。中科院北京基因組所劉江團(tuán)隊(duì)與山東大學(xué)附屬生殖醫(yī)院陳子江團(tuán)隊(duì)、廣州醫(yī)科大學(xué)劉見(jiàn)橋團(tuán)隊(duì)合作，在國(guó)際上首次解讀了這種“編程語(yǔ)言”是如何指揮人類胚胎的基因表達(dá)的，相關(guān)研究在今天凌晨發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊《細(xì)胞》。
技術(shù)突破，微量細(xì)胞也能做成大事
“我們體內(nèi)的各種細(xì)胞幾乎都有大量基因的表達(dá)。然而，卵子受精之后大約有兩天的時(shí)間非常特殊，這個(gè)時(shí)期的胚胎幾乎沒(méi)有基因表達(dá)?！眲⒔嬖V記者，如何讓人的基因開(kāi)始表達(dá)、哪些基因會(huì)先表達(dá)、哪些基因后表達(dá)，一直以來(lái)都是研究難點(diǎn)。根據(jù)傳統(tǒng)研究方法，此類實(shí)驗(yàn)需要用到約100萬(wàn)個(gè)人類早期胚胎細(xì)胞。但人的早期胚胎資源非常有限，成本很高且難以大量獲取，所以這成為該類研究的一大瓶頸。
為了克服這一難題，劉江團(tuán)隊(duì)革新技術(shù)，精細(xì)化實(shí)驗(yàn)流程，建立了微量細(xì)胞的研究方法。只用了50個(gè)細(xì)胞，就做到了之前需要100萬(wàn)個(gè)細(xì)胞完成的實(shí)驗(yàn)，在國(guó)際上首次成功研究了人類胚胎基因組的激活機(jī)制?！拔覀冋业搅藛?dòng)人類基因組表達(dá)的關(guān)鍵分子（Oct4），而且還發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)化歷史中最先出現(xiàn)的基因會(huì)先表達(dá)，而后出現(xiàn)的基因往往會(huì)后表達(dá)。究其原因，應(yīng)該是細(xì)胞設(shè)定程序讓老基因的調(diào)控開(kāi)關(guān)最先被打開(kāi)?！眲⒔f(shuō)。
那什么是老基因，什么是新基因呢？劉江解釋道，地球生命起源于約30億年前，當(dāng)時(shí)生物所帶有的基因，是目前所有物種都需要的基因，最老的基因；哺乳動(dòng)物出現(xiàn)后，與胎盤生殖相關(guān)的基因，就是較新的基因；而人類出現(xiàn)后，類似神經(jīng)系統(tǒng)中有許多人獨(dú)有的基因，就是最后出現(xiàn)的基因。
國(guó)際領(lǐng)先，提供優(yōu)生優(yōu)育理論基礎(chǔ)
劉江介紹，這項(xiàng)研究還揭示了人類進(jìn)化的一個(gè)重要新機(jī)制。“DNA的突變會(huì)引起人類的進(jìn)化，DNA序列中有一類被稱為轉(zhuǎn)座子的DNA片段，它們常常會(huì)從一個(gè)區(qū)域跳到另一個(gè)區(qū)域，這種跳動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生DNA突變。而轉(zhuǎn)座子恰恰主要在胚胎中處于活躍狀態(tài)，使人類基因組產(chǎn)生新突變。而只有在胚胎中產(chǎn)生的突變，才更可能傳遞到后代中?！边@項(xiàng)成果打開(kāi)了認(rèn)識(shí)人類胚胎發(fā)育基因表達(dá)調(diào)控的大門，使我國(guó)在人類發(fā)育領(lǐng)域的研究中處于國(guó)際領(lǐng)先地位，這將為人類的優(yōu)生優(yōu)育提供理論基礎(chǔ)。
目前，這項(xiàng)成果距離直接投入優(yōu)生優(yōu)育領(lǐng)域的應(yīng)用還有一段距離，但劉江團(tuán)隊(duì)中關(guān)于提高試管嬰兒醫(yī)療效率的課題已處于臨床前實(shí)驗(yàn)階段。在打開(kāi)了人類胚胎發(fā)育和進(jìn)化的奧秘這扇大門后，更多相關(guān)領(lǐng)域的課題研究必將飛速發(fā)展。
據(jù)悉，中科院北京基因組所劉江團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于胚胎發(fā)育研究，此前已連續(xù)三次在《細(xì)胞》雜志發(fā)表文章，揭示DNA甲基化圖譜在哺乳動(dòng)物和魚類的繼承規(guī)律，更新了關(guān)于受精后DNA甲基化圖譜重編程的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。（文匯報(bào)）
