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人类基因组是怎么保持稳定的?

  • 简要:漫长的进化过程中,人类逐渐表现出独特的性状,并维持自己独有的特征。那么人类是如何保持基因组的稳定呢?

漫长的进化过程中,人类逐渐表现出独特的性状,并维持自己独有的特征。而这种独特特征的传递正是依赖于生殖细胞基因组的稳定。那么人类是如何保持基因组的稳定呢?

人类基因组是怎么保持稳定的?
 
科学家发现,随着受精卵的分裂,胚胎细胞逐渐出现了命运的分化,形成具有三种细胞类型的囊胚,其中以上胚层细胞为主的胚层前体细胞快速增殖、迁移,形成内中外三个胚层,胚层前体细胞命运决定是胚胎发育的关键,如果胚层诱导和分化发生异常,将会导致不良妊娠及胎儿畸形的发生。
 
而胚层细胞命运区域化何时建立及如何受到遗传、表观遗传调控,是发育研究的重大基础问题,相关研究一直在进行。近年通过单细胞测序等手段,初步解析了斑马鱼、非洲爪蛙等模式动物原肠期不同胚层细胞谱系的变化特征,小鼠中的研究也表明胚层细胞谱系区域化这一特征可以追溯到卵裂期,这一调控网络的顶端控制因素尚不明确;此外,该过程的关键决定因素是否可以追溯到卵裂期之前也是尚未解决的重要科学问题。
 
胎儿原始生殖细胞发育过程的研究也是十分困难的。2017年,我们利用单细胞RNA测序技术,分析了超过2000个胎儿生殖细胞及生殖脊周围体细胞,包括男性和女性胚胎并且涵盖了多个发育时期。此项研究发现女性胎儿生殖细胞经历4个时期:有丝分裂、视黄酸信号传导、减数分裂前期与卵子发生;而男性胎儿生殖细胞则经历3个时期:迁移、有丝分裂与细胞周期阻滞。该项研究描绘的体内正常生理情况下人类胚胎生殖细胞的发育历程,将为生殖细胞相关疾病如不孕不育和畸胎瘤等的诊断和治疗提供路标。
 
经过一系列研究就能画出这样一个图谱,精卵DNA甲基化在着床前和胎儿原始生殖细胞阶段发生两次大规模重编程——生命周期中两次大规模甲基化重编程。这一过程中,印记基因甲基化在胚胎发育中维持,原始生殖细胞擦除,精、卵成熟过程分别重新建立父源、母源印记,发现新的等位基因差异甲基化区域,潜在新的印记基因;重复序列元件保留大量甲基化,以保持基因组稳定;而父源母源DNA甲基化对胚胎发育贡献可能不同。


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