近日，北京大学研究团队采用先进的单细胞RNA-Seq转录组测序技术绘制出了完整的人类植入前胚胎和胚胎干细胞的转录组图谱，这一重要的研究成果发表在9月的《自然结构与分子生物学》（Nature Structural & Molecular Biology）杂志上。

 

由一个细胞转录出来的所有RNA称之为转录组，其中包括编码蛋白的RNA和非编码RNA。对转录组进行准确分析将有助于全面深入理解细胞中基因表达调控的分子机制。转录组分析通常需要几万到几十万个细胞，然而受人类早期胚胎标本的特殊性及来源的限制，人类对自身胚胎的认识及发育机制的了解极其有限，

 

由汤富酬研究员研发的单细胞RNA-Seq转录组测序技术为深入探讨人类胚胎发育的奥秘提供了新的技术路线。该研究团队利用该测序技术对处于不同发育阶段的早期胚胎的90个单细胞以及人类胚胎干细胞系(hESCs)的34个单细胞进行了详尽的分析，构建了世界上最完整的人类胚胎发育基因表达图谱，检测出了22,687个母源表达基因，其中包括8,701条长链非编码RNAs（long noncoding RNAs，lncRNAs），相比于以往通过cDNA微阵列检测出的9,735个母源基因数量大大增加。

 

研究人员在国际上首次成功地分离了囊胚阶段胚胎中的三种细胞（上胚层细胞、原始内胚层细胞、以及滋养外胚层细胞），并进一步分析其基因表达情况，发现了一批新的细胞分化相关的标志基因。

 

人类早期胚胎干细胞

        研究人员还首次将单细胞RNA-Seq高通量测序技术与RNA从头组装生物信息学分析技术相结合，从人类植入前胚胎中发现了两千七百多种全新的lncRNA，其中许多lncRNA表达具有发育阶段特异性，很可能参与了植入前胚胎发育过程中的细胞命运决定。此外，他们还首次检测了建系过程中最早阶段（第0代）的人类胚胎干细胞的转录组，解答了人类囊胚中的上胚层（epiblast）细胞和体外培养的人类胚胎干细胞之间的基因表达模式是否相同这一由来已久的问题，证实囊胚中的上胚层细胞和建系过程中最早期的人类胚胎干细胞具有显著不同的转录组，其中有一千四百多个基因显示差异性表达。

 

在此项研究中，研究人员还将他们采用的单细胞转录组分析技术与国际上比较流行的已经有商业化试剂盒的Smart-Seq单细胞转录组分析技术进行了系统的比较，发现本研究组采用的技术在灵敏度、技术稳定性、以及cDNA的全长覆盖均匀度等方面均明显优于Smart-Seq技术。

 

这项研究工作为研究者们提供了一个全面的人类早期胚胎和胚胎干细胞转录组表达网络，对于胚胎发育机制的深入研究、胚胎干细胞的认识、人类辅助生殖技术的安全性评估与改善，以及遗传性疾病的预测将具有重要的意义及深远的影响。

 

北京大学生物动态光学成像中心汤富酬研究员、李瑞强研究员及北京大学第三医院的乔杰教授是该论文的共同通讯作者，闫丽盈博士和在读研究生杨明玉是这篇论文的并列第一作者。该项研究得到了国家重大科学研究计划和国家自然科学基金的支持。