胚胎發育之謎？劉江揭開面紗

　　DNA甲基化是一種重要的表觀遺傳修飾。以高等動物為例，個體從受精卵發育成成體的過程中，DNA甲基化圖譜都是動態變化的，會調控不同的細胞往不同的方向分化。因此，建立DNA甲基化圖譜對理解生殖細胞形成和胚胎發育至關重要。

劉江（中）團隊合影

　　在基金委“細胞編程和重編程的表觀遺傳機制”重大研究計劃中，中國科學院北京基因組研究所劉江課題組以斑馬魚為模型，發現了子代選擇性繼承父本而拋棄母本的DNA甲基化圖譜，從而揭開從受精卵到個體發育之謎。

　　傳統觀點中，人們認為早期胚胎發育主要由卵子決定，精子只提供一套DNA序列，不提供其他信息。為確切了解表觀遺傳信息的傳遞，劉江團隊選取了與人類基因類似度高達85％的斑馬魚為實驗對象，共測量斑馬魚卵子、精子、6個早期胚胎和精囊共9個時期的全基因組DNA甲基化序列，并利用品系間的單核苷酸多態性（SNPs）來區分DNA來源于父源還是母源。

　　研究發現，斑馬魚受精后，子代繼承父源DNA的甲基化圖譜，而母源DNA的甲基化圖譜被拋棄，并重新編程變成精子的甲基化圖譜。進一步功能分析發現，斑馬魚子代胚胎繼承父代的甲基化圖譜可以調控基因的時序表達，從而指導胚胎的早期發育。

　　該研究首次證明除DNA序列外，DNA甲基化圖譜也可以被完整地遺傳到子代中，這意味著在調控動物發育、表型甚至疾病等方面，表觀遺傳信息的變異可能和遺傳信息的變異一樣起重要作用。

　　而哺乳動物受精后，早期胚胎需要對來自父本與母本的表觀遺傳信息進行全基因重編程才能完成早期發育，進而發育成完整個體。受精后，需要父源DNA和母源DNA具有一樣的甲基化圖譜，但哺乳動物使用了與斑馬魚完全不同的機制。

　　2014年，劉江課題組與南京大學模式動物研究所黃行許課題組合作，發現在哺乳動物早期發育過程中，作為表觀遺傳新標志物的5-羥甲基胞嘧啶（5hmC）在父源與母源基因組中均存在。并且，基因組的DNA去甲基化并不是由5-甲基胞嘧啶（5mC）氧化產物介導的被動稀釋而實現的，因此無論父源還是母源DNA都存在主動去甲基化的方式。

　　此項發現改寫了關于哺乳動物早期胚胎發育過程中，5mC的氧化產物只存在父源基因組中，且母源基因組通過被動稀釋去甲基化的認識。

　　通過對哺乳動物和魚類的進化比較，劉江等人推測哺乳動物全基因組特異的去甲基化過程為印記基因的產生提供了可能，從而使胎盤類生殖方式的哺乳動物得以進化出來。換言之，表觀遺傳重新編程方式的進化，可能是產生胎盤生殖方式哺乳動物的重要一環。

　　研究人員認為，這些發現豐富了我們對表觀遺傳信息網絡起源與進化的認識，使我國在早期胚胎發育表觀遺傳修飾重編程研究中處于國際領先水平。