新数据显示细胞大小刺激胚胎基因组觉醒

费城-过渡是生命的标志。当休眠植物在春天开花或年轻的成年人攻击自己时，控制就会改变。

同样，胚胎在经历生化变化的早期发育过程中也有一个变化，从母体分子控制到自身基因组控制。宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的一个研究小组首次发现，其基因组的激活不是同时发生的，而是遵循一种主要由其各种大小的细胞控制的特定模式。本周，研究人员将他们的结果作为发展中细胞的封面故事发表。

在经历细胞分裂的早期胚胎中，由母系装载的RNA和蛋白质调节细胞周期。受精卵的基因组——受精卵的一个术语——最初处于睡眠模式。然而，在早期胚胎的某个时间点，这些合子核“醒来”并从其基因组中表达出来，这在生物化学上控制了随后的胚胎发育。但是胚胎如何“识别”何时进行这种转变仍然是未知的。

“如何‘移交’胚胎以控制从母亲到受精卵的发育是发育生物学中的一个基本问题，”资深作者马修古德博士说，他是细胞和发育生物学及生物工程的助理教授。“之前，没有人意识到脊椎动物胚胎的不同区域可以在不同时间被激活，或者直接的细胞大小如何调节受精卵基因组的觉醒。”

在过去的40年里，人们提出了不同的假设来解释胚胎如何识别何时打开受精卵中单个细胞的新基因组，但Penn团队确定了机制并回答了这个关键问题。

利用非洲爪蟾(Xenopus laevis)胚胎的单细胞成像，他们发现细胞大小是控制受精卵中基因组激活启动的关键参数。细胞必须达到阈值大小，才能开始大规模转录自己的蛋白质。通过生成微型胚胎，该团队证明了细胞大小的变化控制了基因组激活的时间。

这项研究的结果对胚胎在早期阶段如何发育的基本认识和普通发育生物学具有重要意义。宾夕法尼亚大学的研究小组认为，这一发现可能会影响其他研究人员如何进行他们自己的基因组激活研究，并筛选控制早期胚胎发育保真度所必需的母体因素。

“为了获得新的见解，受精卵转录应该在单细胞水平上进行测量，”第一作者陈博士说，他是Good Laboratory的博士后研究员。"这种方法有助于我们不忽视胚胎细胞空间结构对母-合子转化的影响."

启动受精卵基因组的“决定”是在单个细胞的水平上做出的，而不是整个胚胎，这改变了宾夕法尼亚大学团队对发育过程的看法。“进化选择了细胞大小作为控制胚胎发育关键转化的调节机制，这种范式可能会扩展到其他具有不同细胞大小的生物领域，”古德说。他和陈计划通过测量斑马鱼和小鼠的基因组激活来继续这项工作，看看这一新观点是否可以应用于其他物种。

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