豬早期胚胎發(fā)育的三維基因組學(xué)重編程規(guī)律

【資料簡(jiǎn)介】

 

豬不僅是重要的經(jīng)濟(jì)家畜，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。生豬的育種中廣泛應(yīng)用了輔助生殖技術(shù)，包括體外受精技術(shù)、孤雌和孤雄生殖技術(shù)等。但與體外受精胚胎相比，孤雌和孤雄胚胎的存活率級(jí)低。這一存活率差異產(chǎn)生的機(jī)制目前還不清楚。深入理解這一機(jī)制不僅有助于增加商業(yè)化豬育種的產(chǎn)仔數(shù)，也將有利于生物醫(yī)學(xué)研究中轉(zhuǎn)基因豬模型的建立。哺乳動(dòng)物早期胚胎發(fā)育過程中經(jīng)歷復(fù)雜的表觀遺傳信息的重編程。表觀遺傳信息的重編程其與胚胎的存活緊密關(guān)聯(lián)。染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)是重要的表觀遺傳因素，與基因表達(dá)調(diào)控、發(fā)育及疾病等密切相關(guān)。然而豬的染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)及其在早期胚胎發(fā)育過程中的變化規(guī)律目前還是一個(gè)未知的領(lǐng)域。

近期，中國北京基因組研究所（國家生物信息中心）張治華團(tuán)隊(duì)與中國農(nóng)業(yè)王彥芳團(tuán)隊(duì)及中科院動(dòng)物研究所趙建國團(tuán)隊(duì)合作在Genome Biology期刊發(fā)表論文，構(gòu)建了豬體細(xì)胞染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)圖譜，追蹤了豬早期胚胎發(fā)育過程染色質(zhì)空間構(gòu)象重編程過程，并比較了孤雌、孤雄胚胎與體外受精胚胎發(fā)育過程中染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的異同，揭示了在豬早期胚胎發(fā)育過程中的重要染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重編程特點(diǎn)。

該研究分析了豬體細(xì)胞染色質(zhì)構(gòu)象的特點(diǎn)并與小鼠進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)豬染色質(zhì)同樣存在不同層次的折疊，包括染色質(zhì)區(qū)室、拓?fù)湎嚓P(guān)結(jié)構(gòu)域（TAD）、染色質(zhì)環(huán)，并且在各個(gè)折疊層次上與小鼠染色質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)保守。研究人員對(duì)豬體外受精胚胎的不同發(fā)育階段進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)與小鼠類似，豬染色質(zhì)空間構(gòu)象（染色質(zhì)區(qū)室、TAD）在早期胚胎階段逐漸建立。但與小鼠相比，豬早期胚胎的染色質(zhì)區(qū)室結(jié)構(gòu)范圍更大。豬早期胚胎中，大約有一半的基因組被超過10Mb的超大染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域所覆蓋（超級(jí)結(jié)構(gòu)域）。超級(jí)結(jié)構(gòu)域在豬中比例顯著高于小鼠，提示可能是大型哺乳動(dòng)物的一個(gè)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。研究人員比較了孤雌、孤雄胚胎與體外受精胚胎發(fā)育過程中染色質(zhì)重編程的異同，發(fā)現(xiàn)孤雌、孤雄胚胎在合子基因組激活的4細(xì)胞時(shí)期存在特殊的染色質(zhì)區(qū)室的解體過程。解體的染色質(zhì)區(qū)室在桑葚胚時(shí)期被部分重建。三種胚胎TAD的建立同樣存在差異，雖然在孤雌、孤雄胚胎中TAD也是逐漸建立的，但孤雌胚胎在各個(gè)發(fā)育階段TAD結(jié)構(gòu)都要比孤雄胚胎更加明顯，研究人員在小鼠胚胎中發(fā)現(xiàn)了同樣的趨勢(shì)，母源來源的染色體比父源的染色體具有更顯著的TAD結(jié)構(gòu)。

這項(xiàng)研究表明，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重編程的速率可能在胚胎成功發(fā)育中起關(guān)鍵作用。研究成果為染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的進(jìn)化研究提供了資源，而且為提高豬的輔助生殖效率提供了參考。張治華與王彥芳為本文共同通訊作者。該研究得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目及國家自然科學(xué)基金委等的資助

豬不僅是重要的經(jīng)濟(jì)家畜，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。生豬的育種中廣泛應(yīng)用了輔助生殖技術(shù)，包括體外受精技術(shù)、孤雌和孤雄生殖技術(shù)等。但與體外受精胚胎相比，孤雌和孤雄胚胎的存活率級(jí)低。這一存活率差異產(chǎn)生的機(jī)制目前還不清楚。深入理解這一機(jī)制不僅有助于增加商業(yè)化豬育種的產(chǎn)仔數(shù)，也將有利于生物醫(yī)學(xué)研究中轉(zhuǎn)基因豬模型的建立。哺乳動(dòng)物早期胚胎發(fā)育過程中經(jīng)歷復(fù)雜的表觀遺傳信息的重編程。表觀遺傳信息的重編程其與胚胎的存活緊密關(guān)聯(lián)。染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)是重要的表觀遺傳因素，與基因表達(dá)調(diào)控、發(fā)育及疾病等密切相關(guān)。然而豬的染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)及其在早期胚胎發(fā)育過程中的變化規(guī)律目前還是一個(gè)未知的領(lǐng)域。

近期，中國北京基因組研究所（國家生物信息中心）張治華團(tuán)隊(duì)與中國農(nóng)業(yè)王彥芳團(tuán)隊(duì)及中科院動(dòng)物研究所趙建國團(tuán)隊(duì)合作在Genome Biology期刊發(fā)表論文，構(gòu)建了豬體細(xì)胞染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)圖譜，追蹤了豬早期胚胎發(fā)育過程染色質(zhì)空間構(gòu)象重編程過程，并比較了孤雌、孤雄胚胎與體外受精胚胎發(fā)育過程中染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的異同，揭示了在豬早期胚胎發(fā)育過程中的重要染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重編程特點(diǎn)。

該研究分析了豬體細(xì)胞染色質(zhì)構(gòu)象的特點(diǎn)并與小鼠進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)豬染色質(zhì)同樣存在不同層次的折疊，包括染色質(zhì)區(qū)室、拓?fù)湎嚓P(guān)結(jié)構(gòu)域（TAD）、染色質(zhì)環(huán)，并且在各個(gè)折疊層次上與小鼠染色質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)保守。研究人員對(duì)豬體外受精胚胎的不同發(fā)育階段進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)與小鼠類似，豬染色質(zhì)空間構(gòu)象（染色質(zhì)區(qū)室、TAD）在早期胚胎階段逐漸建立。但與小鼠相比，豬早期胚胎的染色質(zhì)區(qū)室結(jié)構(gòu)范圍更大。豬早期胚胎中，大約有一半的基因組被超過10Mb的超大染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域所覆蓋（超級(jí)結(jié)構(gòu)域）。超級(jí)結(jié)構(gòu)域在豬中比例顯著高于小鼠，提示可能是大型哺乳動(dòng)物的一個(gè)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。研究人員比較了孤雌、孤雄胚胎與體外受精胚胎發(fā)育過程中染色質(zhì)重編程的異同，發(fā)現(xiàn)孤雌、孤雄胚胎在合子基因組激活的4細(xì)胞時(shí)期存在特殊的染色質(zhì)區(qū)室的解體過程。解體的染色質(zhì)區(qū)室在桑葚胚時(shí)期被部分重建。三種胚胎TAD的建立同樣存在差異，雖然在孤雌、孤雄胚胎中TAD也是逐漸建立的，但孤雌胚胎在各個(gè)發(fā)育階段TAD結(jié)構(gòu)都要比孤雄胚胎更加明顯，研究人員在小鼠胚胎中發(fā)現(xiàn)了同樣的趨勢(shì)，母源來源的染色體比父源的染色體具有更顯著的TAD結(jié)構(gòu)。

這項(xiàng)研究表明，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重編程的速率可能在胚胎成功發(fā)育中起關(guān)鍵作用。研究成果為染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的進(jìn)化研究提供了資源，而且為提高豬的輔助生殖效率提供了參考。張治華與王彥芳為本文共同通訊作者。該研究得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目及國家自然科學(xué)基金委等的資助