4月15日，生命科學與技術學院教授高紹榮和張勇課題組合作，在《細胞研究》（Cell Research）雜誌在線發表題為“受精後核小體的動態組織揭示小鼠合子基因組激活的調節因素（Dynamic nucleosome organization after fertilization reveals regulatory factors for mouse zygotic genome activation）”的文章。首次從染色質上核小體位置的角度揭示了小鼠受精後12小時內父母染色質重新組建的動態過程和調控機製，強調了以組蛋白為基礎的染色質狀態調控對於正常發育過程的重要意義，揭示了生命初始階段的調控秘密。

　　對於哺乳動物等真核生物來說，作為遺傳物質的DNA需要纏繞在組蛋白上，形成染色質的基本結構單位——核小體。核小體也是染色質的一級結構，是染色質後續凝集形成更複雜空間結構的基礎，也影響著基因組上的轉錄活性。細胞內染色體對於遺傳信息的記錄與體現就像是古代文明中的結繩記事，DNA分子像是一條長長的繩子，是信息記錄的物質基礎。核小體就是繩子上最基礎的繩結，是細胞內遺傳信息記錄和傳遞的基礎結構，在不同類型的細胞中具有分布模式上的差異。在精子發生過程中，核小體內的組蛋白被精子獨有的魚精蛋白所取代，從而使得染色質可以被壓縮到一起，呈現高度凝集狀態。在生命初始的受精過程中，這種高度壓縮的染色質會崩解，魚精蛋白被組蛋白取代，重新形成一般狀態的核小體結構，進而完成染色質的重塑，為合子基因組的激活（zygotic genome activation，ZGA）創造基礎。但是長久以來，上述變化在基因組水平上如何發生發展，受到何種因素調控，一直不清楚。

　　“我們做的工作就是搞清楚配子中結成一團的繩子怎樣解開，重新打上新的繩結，準備好遺傳信息的傳遞。” 高紹榮介紹，但是這個過程變化非常快，需要精細到小時去看，還要把父母不同來源的基因組區分開，更重要的是必須要解決檢測技術的微量化。

　　研究團隊研發出一種在低起始量（甚至單細胞）上檢測基因組核小體排布的新技術（ULI-MNase-seq，已獲批專利），並開發出一套專門針對核小體數據的分析流程NEPTUNE。高紹榮介紹，利用顯微操作，我們將受精後0.5小時至12小時9個連續時間點的雌雄原核進行手動分離，並對這些原核與配子細胞進行核小體排布檢測，從而首次完成了受精前12小時核小題動態重塑的精細描繪，並發現了父源基因組在受精後1小時左右就能夠完成魚精蛋白到組蛋白的替換，而雄原核上轉錄活性相關的核小體缺失區域（Nucleosome depleted region，NDR）建立也更迅速。

圖1、受精過程中核小體排布模式建立

　　研究團隊進一步探索了影響早期核小體排布的因素。分析發現，DNA序列中GC含量（鳥嘌呤和胞嘧啶比例）對於核小體占有率有顯著影響，組蛋白上的乙酰化修飾，對於核小體NDR的形成可能具有調控作用。另外研究團隊分析發現，一些轉錄因子會在受精過程中逐步取代核小體，結合在基因組的特定序列區域，並可能參與了更為廣泛的啟動子區域核小體NDR形成與特定基因轉錄激活。研究人員分別敲降了其中兩個轉錄因子Mlx及Rfx1，發現Mlx可以調控合子時期ZGA的發生，而Rfx1可以顯著影響2-細胞時期的ZGA。

圖2、轉錄因子影響核小體排布與ZGA

　　“我們的研究首次繪製了小鼠雌雄原核受精過程中核小體排布高分辨率圖譜，發現了核小體排布的建立模式規律，並對預測了新的調控因子。受精過程的核小體重排過程，是生命初始階段調控奧秘探索的重要環節，不僅對發育生物學很重要，對於輔助生殖和人類生殖健康也非常重要。”高紹榮介紹，這項研究對於人們理解表觀遺傳學修飾在代際之間的傳遞，及對胚胎發育過程中基因表達的調控作用提供了有力的支持。

　　同濟大學王晨飛、陳川、劉曉雨、李翀為論文的共同第一作者，高紹榮、張勇及高亞威為論文的共同通訊作者。研究得到了科技部、基金委和上海市科委項目支持。