來自同濟大學醫(yī)學院、南京醫(yī)科大學和加州大學洛杉磯分校的科學家們，利用強大的單細胞RNA測序技術以的水平，追蹤了人類和小鼠胚胎的遺傳發(fā)育。該技術使得研究人員能夠更早及更準確地診斷遺傳病，即便是在8細胞期。
同濟大學醫(yī)學院的薛志剛（Zhigang Xue）博士、南京醫(yī)科大學的劉嘉茵（Jia-yin Liu）教授及加州大學洛杉磯分校的人類遺傳學和分子生物學教授范國平（Guoping Fan）為這篇論文的共同通訊作者。研究結果在線發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上。
單細胞RNA測序使得研究人員能夠確定在某一特定細胞中全部基因轉錄物的狀態(tài)，或是所有活性表達的基因。范國平說：“該技術具有雙重優(yōu)點。它能夠實現(xiàn)比以前更為全面的分析，并且該技術只需要非常少量的樣本材料——1個細胞。”
除了用于遺傳診斷，提高科學家們鑒別如BRCA1和BRCA2（導致婦女易罹患乳腺癌和卵巢癌）等遺傳突變的能力，或是確診由蛋白質功能障礙引起的遺傳疾病，如鐮狀細胞病的能力，該技術還能在生殖醫(yī)學中發(fā)揮重要的用途。
該技術標志著遺傳診斷的一個重要進展，從前在胚胎發(fā)育的早期無法進行遺傳診斷，且需要更大量的生物學材料。
在新研究中，科學家們利用單細胞表達譜研究的RNA-seq技術，突破了起始樣本量少的瓶頸，對人胚胎早期發(fā)育各階段全基因組RNA轉錄譜進行了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)在胚胎發(fā)育早期各階段中存在著父親或母親來源的單等位基因表達差異。
同時運用加權基因共表達網絡分析（WGCNA）顯示胚胎早期發(fā)育各階段中的細胞周期、基因調控、蛋白質翻譯以及代謝通路的轉錄變化是以分步進行的方式按順序發(fā)生，并明確了該機制在物種間保守存在，僅在發(fā)育特異性和時序上有所差異，證明了哺乳動物早期胚胎發(fā)育進化上的共性。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)了驅動胚胎早期發(fā)育各階段的關鍵候選基因。
論文的共同*作者、范國平實驗室博士后學者Kevin Huang說：“在這篇論文之前，我們對于早期人類發(fā)育并不十分了解。現(xiàn)在我們可以定義其‘正常’的樣子，因此為了我們將以此為基準，對照出可能的遺傳問題。這是我們*次全面略看正常的情況。”
利用單細胞RNA測序，檢測到了比從前多得多的基因轉錄。范國平說：“我們的問題是，‘這一基因網絡是如何驅動早期發(fā)育從1個細胞到2個細胞，從2個細胞到4個細胞，以此類推的？’利用共同作者、加州大學洛杉磯分校Steve Horvath開發(fā)的基因組數(shù)據(jù)分析方法，我們揭示了重要的基因網絡，并且我們現(xiàn)在可以在8細胞期預測未來可能的遺傳疾病。”
這項研究獲得了中國*、中國科學技術合作項目和中國國家自然科學基金的支持。
