■本報駐京記者　郭超豪

人類的生命從受精卵開始，一個受精卵如何發(fā)育成含有200多種細胞類型、36個重要器官的復(fù)雜有機體，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)育的進行需要體內(nèi)的基因按照設(shè)定的程序、在特定的時間和特定的地點有序地表達，這個過程稱為基因表達的編程。

中國科學(xué)院北京基因組研究所劉江團隊與山東大學(xué)附屬生殖醫(yī)院陳子江團隊、廣州醫(yī)科大學(xué)劉見橋團隊合作，在國際上首次解讀了這種“編程語言”如何指揮人類胚胎的基因表達，相關(guān)研究在今天凌晨發(fā)表于國際頂級期刊《細胞》。

技術(shù)突破，微量細胞也能做成大事

“我們體內(nèi)的各種細胞幾乎都有大量基因的表達。然而，卵子受精之后大約有兩天的時間非常特殊，這段時期的胚胎幾乎沒有基因表達。”劉江告訴記者，如何讓人的基因開始表達，哪些基因會先表達、哪些基因后表達，一直以來都是研究難點。

根據(jù)傳統(tǒng)研究方法，此類實驗需要用到約100萬個人類早期胚胎細胞。但人的早期胚胎資源非常有限，成本很高且難以大量獲取，成為該類研究的一大“瓶頸”。

為了克服這一難題，劉江團隊革新技術(shù)，精細化實驗流程，建立了微量細胞的研究方法。只用了50個細胞，就做到了之前需要100萬個細胞完成的實驗，在國際上首次成功研究了人類胚胎基因組的激活機制。

“我們找到了啟動人類基因組表達的關(guān)鍵分子(Oct4)，并發(fā)現(xiàn)在進化歷史中，最先出現(xiàn)的基因會先表達、而最后出現(xiàn)的基因往往會后表達。究其原因，是細胞設(shè)定程序讓老基因的調(diào)控開關(guān)最先被打開。”劉江說。

那么，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)時生物所帶有的基因，是目前所有物種都需要的基因，稱之為最老的基因；哺乳動物出現(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)中有許多人獨有的基因，就是最后出現(xiàn)的基因。

國際領(lǐng)先，提供優(yōu)生優(yōu)育理論基礎(chǔ)

劉江介紹，這項研究還揭示了人類進化的一個重要新機制。

“DNA的突變會引起人類的進化，DNA序列中有一類被稱為轉(zhuǎn)座子的DNA片段，它們常常會從一個區(qū)域跳到另一個區(qū)域，這種跳動就會產(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，從而引起人類的進化。”這項成果打開了認識人類胚胎發(fā)育基因表達調(diào)控的大門，使我國在人類發(fā)育領(lǐng)域的研究中處于國際領(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，這項成果離直接投入優(yōu)生優(yōu)育領(lǐng)域的應(yīng)用還有一段距離，但劉江團隊中關(guān)于提高試管嬰兒醫(yī)療效率的課題已處于臨床驗證階段。在打開了人類胚胎發(fā)育和進化奧秘這扇大門后，更多相關(guān)領(lǐng)域的課題研究必將飛速發(fā)展。

據(jù)悉，中國科學(xué)院北京基因組研究所劉江團隊長期致力于胚胎發(fā)育研究，此前已連續(xù)三次在《細胞》雜志發(fā)表文章，揭示DNA甲基化圖譜在哺乳動物和魚類的繼承規(guī)律，更新了關(guān)于受精后DNA甲基化圖譜重編程的傳統(tǒng)認識。

(本報北京3月9日專電)