近日,，北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)采用先進(jìn)的單細(xì)胞RNA-Seq轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)繪制出了完整的人類植入前胚胎和胚胎干細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組圖譜,，這一重要的研究成果發(fā)表在9月的《自然結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》（Nature Structural&Molecular Biology）雜志上。
由一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄出來的所有RNA稱之為轉(zhuǎn)錄組,，其中包括編碼蛋白的RNA和非編碼RNA,。對(duì)轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行準(zhǔn)確分析將有助于全面深入理解細(xì)胞中基因表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)制。轉(zhuǎn)錄組分析通常需要幾萬到幾十萬個(gè)細(xì)胞,，然而受人類早期胚胎標(biāo)本的特殊性及來源的限制,，人類對(duì)自身胚胎的認(rèn)識(shí)及發(fā)育機(jī)制的了解極其有限，
由湯富酬研究員研發(fā)的單細(xì)胞RNA-Seq轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)為深入探討人類胚胎發(fā)育的奧秘提供了新的技術(shù)路線,。該研究團(tuán)隊(duì)利用該測序技術(shù)對(duì)處于不同發(fā)育階段的早期胚胎的90個(gè)單細(xì)胞以及人類胚胎干細(xì)胞系(hESCs)的34個(gè)單細(xì)胞進(jìn)行了詳盡的分析,，構(gòu)建了世界上最完整的人類胚胎發(fā)育基因表達(dá)圖譜，檢測出了22,687個(gè)母源表達(dá)基因,，其中包括8,701條長鏈非編碼RNAs（long noncoding RNAs,，lncRNAs），相比于以往通過cDNA微陣列檢測出的9,735個(gè)母源基因數(shù)量大大增加,。
研究人員在國際上首次成功地分離了囊胚階段胚胎中的三種細(xì)胞（上胚層細(xì)胞,、原始內(nèi)胚層細(xì)胞、以及滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞）,，并進(jìn)一步分析其基因表達(dá)情況,，發(fā)現(xiàn)了一批新的細(xì)胞分化相關(guān)的標(biāo)志基因。
人類早期胚胎干細(xì)胞
研究人員還首次將單細(xì)胞RNA-Seq高通量測序技術(shù)與RNA從頭組裝生物信息學(xué)分析技術(shù)相結(jié)合,，從人類植入前胚胎中發(fā)現(xiàn)了兩千七百多種全新的lncRNA,，其中許多l(xiāng)ncRNA表達(dá)具有發(fā)育階段特異性,，很可能參與了植入前胚胎發(fā)育過程中的細(xì)胞命運(yùn)決定。此外,，他們還首次檢測了建系過程中最早階段（第0代）的人類胚胎干細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組,，解答了人類囊胚中的上胚層（epiblast）細(xì)胞和體外培養(yǎng)的人類胚胎干細(xì)胞之間的基因表達(dá)模式是否相同這一由來已久的問題，證實(shí)囊胚中的上胚層細(xì)胞和建系過程中最早期的人類胚胎干細(xì)胞具有顯著不同的轉(zhuǎn)錄組,，其中有一千四百多個(gè)基因顯示差異性表達(dá),。
在此項(xiàng)研究中，研究人員還將他們采用的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析技術(shù)與國際上比較流行的已經(jīng)有商業(yè)化試劑盒的Smart-Seq單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的比較,，發(fā)現(xiàn)本研究組采用的技術(shù)在靈敏度,、技術(shù)穩(wěn)定性、以及cDNA的全長覆蓋均勻度等方面均明顯優(yōu)于Smart-Seq技術(shù),。
這項(xiàng)研究工作為研究者們提供了一個(gè)全面的人類早期胚胎和胚胎干細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組表達(dá)網(wǎng)絡(luò),，對(duì)于胚胎發(fā)育機(jī)制的深入研究、胚胎干細(xì)胞的認(rèn)識(shí),、人類輔助生殖技術(shù)的安全性評(píng)估與改善,，以及遺傳性疾病的預(yù)測將具有重要的意義及深遠(yuǎn)的影響。
北京大學(xué)生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心湯富酬研究員,、李瑞強(qiáng)研究員及北京大學(xué)第三醫(yī)院的喬杰教授是該論文的共同通訊作者,，閆麗盈博士和在讀研究生楊明玉是這篇論文的并列第一作者。該項(xiàng)研究得到了國家重大科學(xué)研究計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金的支持,。（生物谷 Bioon.com）
生物谷推薦的英文摘要
Nature Structural & Molecular Biology doi:10.1038/nsmb.2660
Single-cell RNA-Seq profiling of human preimplantation embryos and embryonic stem cells
Liying Yan, Mingyu Yang, Hongshan Guo, Lu Yang, Jun Wu, Rong Li, Ping Liu, Ying Lian, Xiaoying Zheng, Jie Yan, Jin Huang, Ming Li, Xinglong Wu, Lu Wen, Kaiqin Lao, Ruiqiang Li, Jie Qiao & Fuchou Tang
Measuring gene expression in individual cells is crucial for understanding the gene regulatory network controlling human embryonic development. Here we apply single-cell RNA sequencing (RNA-Seq) analysis to 124 individual cells from human preimplantation embryos and human embryonic stem cells (hESCs) at different passages. The number of maternally expressed genes detected in our data set is 22,687, including 8,701 long noncoding RNAs (lncRNAs), which represents a significant increase from 9,735 maternal genes detected previously by cDNA microarray. We discovered 2,733 novel lncRNAs, many of which are expressed in specific developmental stages. To address the long-standing question whether gene expression signatures of human epiblast (EPI) and in vitro hESCs are the same, we found that EPI cells and primary hESC outgrowth have dramatically different transcriptomes, with 1,498 genes showing differential expression between them. This work provides a comprehensive framework of the transcriptome landscapes of human early embryos and hESCs.
