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中外科學家Nature發(fā)表單細胞測序新成果
2013-8-9 閱讀(403)
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(zhuǎn)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?qū)崿F(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(zhì)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(zhuǎn)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(wǎng)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(diào)控、蛋白質(zhì)翻譯以及代謝通路的轉(zhuǎn)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(qū)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?，F(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(zhuǎn)錄。范國平說：“我們的問題是，‘這一基因網(wǎng)絡是如何驅(qū)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(wǎng)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科技部、中國科學技術合作項目和中國國家自然科學基金的支持。
