说起生物学，最基本的法则当属“中心法则”。中心法则是现代生物学中最重要、最基本的规律之一，在探索生命现象的本质及普遍规律方面起了巨大的作用，是指遗传信息从 DNA（DeoxyribonucleicAcid，脱氧核糖核酸）传递给 RNA（Ribonucleic Acid，核糖核酸），再从 RNA 传递给蛋白质，即完成遗传信息的转录和翻译的过程。基因（DNA）指导蛋白质合成，生物体性状由蛋白质实现生物学功能体现。由此可见，在遗传信息流动的过程中，DNA 携带有合成 RNA 和蛋白质所必需的遗传信息，处于生物体发育和正常运作必不可少的核心地位。那么所有的性状都是依赖于 DNA 序列的改变吗？答案是否定的。这就涉及到表观遗传学。

什么是表观遗传学（英文：Epigenetics ）呢？从定义来看，主要是研究非 DNA 序列变化情况下，相关性状的遗传信息通过 DNA 甲基化、染色质构象改变等途径保存并传递给子代的机制的学科。表观遗传学研究的具体内容是什么呢？主要包括染色体的空间结构和修饰等。那么表观遗传学是否重要呢？当然很重要，因为表观遗传的修饰可以决定生命体的命运，比如人类同卵双生的孪生子：具有完全相同的基因组，在同样的环境下成长，2人的气质和体质应该非常相似。但实际却并非如此，一些孪生子的情况并不符合预期的理论，这种反常现象长期困扰着遗传学家，有研究学者发现同卵双胞胎的基因组甲基化修饰差异很大，可能引起表型的差异，这种现象得到了很好的解释。

同卵双胞胎的基因组甲基化修饰差异

人类早期胚胎中，开放染色质是否发生重编程?为什么要研究开放染色质呢？因为在染色质开放的区域结合很多基因，可以通过转录和翻译进一步调控生物学功能。工欲善其事必先利其器，首先，研究人员开发了一种研究开放染色质研究的方法，在小鼠胚胎中成功捕获了开放染色质的排布规律，进一步优化该方法，应用在人类胚胎的染色体中。经过一次次的实验，掌握了人类胚胎的体外培养的方法，成功解冻并在培养箱中实现人类胚胎的体外培养，能够获取发育的各个阶段的胚胎，首次成功捕获了人类胚胎开放染色质的分布图谱，同时我们观察到胚胎发育合子型基因激活前后，开放染色质发生了一定程度的变化。利用大数据的计算进一步确认了这一现象，开放染色质的聚类也发生了明显的两个梯队的分离。发现在人类早期胚胎发育过程中，开放染色质在胚胎发育合子型基因激活之后发生重编程；下一代经历继承和重建重编程，以建立自身独特的“密码”。

人类胚胎体外培养和发育

该发现得到了同行肯定：“该研究对提高辅助生殖成功率以及发育相关出生缺陷防控具有重大意义”“该研究发现了人类早期胚胎发育过程中染色质变化与基因转录的密切关系。这一重要发现不仅有助于我们进一步理解人类胚胎发育过程中染色质调控机制，也为研究体外受精、试管婴儿等相关应用和胚胎发育相关疾病提供了理论基础”。

该研究中发明的超灵敏测序方法也为其他稀缺样品的染色质研究提供了可能。现阶段，有很多基因型的疾病未能探索其致病机理，有的家庭因为儿童的染色体疾病，蒙上阴影。有的罕见疾病甚至无法检测，无法了解致病原因。研究成果为深入理解人类胚胎早期发育表观遗传调控提供了理论基础，对辅助生殖技术临床产生深远影响，对提高辅助生殖成功率以及发育相关出生缺陷防控具有重大意义，而我们绘制的人类开放染色质的基因组图谱，可以帮助查找疾病的致病机理，为后续的治疗提供依据，这都是激励一名科研工作者的初心，也是科技工作者应有的担当。在绘制的染色体图谱，就是解读人类染色体疾病的密码；优化的每一种染色体检测方法，就是攻克人类染色体疾病的武器！责任在肩，矢志不渝，科研攻坚，造福于民！作者 | 北京农学院动物科学技术学院 林自力