國際頂尖期刊《細胞》1月27日在線發(fā)表了中科院昆明動物研究所與北京大學(xué)合作的一項成果：首次產(chǎn)生了非人靈長類動物的高精度三維基因組學(xué)圖譜資源，并通過跨物種多組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了人類特異的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和腦發(fā)育調(diào)控元件，為闡明人類大腦發(fā)育的進化機制提供了新思路和證據(jù)。

“人類進化過程中，所有器官包括大腦的形成都是源于在進化過程中基因組不斷積累的功能性突變。”昆明動物研究所研究員宿兵介紹，獼猴與人類具有較近的親緣關(guān)系，在人類大腦的起源、發(fā)育機制和腦疾病的研究中，是最理想的動物模型。

宿兵、李程和張世華三個團隊攜手，通過學(xué)科交叉合作開展了跨物種腦發(fā)育3D基因組的研究。首先利用Hi-C技術(shù)構(gòu)建了中國獼猴胎腦神經(jīng)發(fā)育高峰期的高分辨3D基因組圖譜，高精度解析腦發(fā)育中基因組的空間組織方式。同時，還解析了獼猴胎腦的轉(zhuǎn)錄組圖譜、染色質(zhì)開放區(qū)圖譜以及染色質(zhì)錨定蛋白CTCF的分布圖譜，首次構(gòu)建了獼猴胎腦發(fā)育的染色質(zhì)精細空間構(gòu)象，鑒定了包括染色質(zhì)區(qū)室、染色質(zhì)拓撲結(jié)構(gòu)域以及染色質(zhì)環(huán)等不同尺度的染色質(zhì)構(gòu)象，以及基因組在大腦發(fā)育中發(fā)揮重要作用的調(diào)控元件。

通過與已發(fā)表的公共數(shù)據(jù)整合，他們還展開了人類、獼猴和小鼠的跨物種3D基因組的比較，該研究發(fā)現(xiàn)了眾多人類特異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，總數(shù)達1765個之多。這意味著大腦發(fā)育在人類祖先中進化出更為精細的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。重要的是，通過整合分析人腦發(fā)育的單細胞表達譜數(shù)據(jù)，他們發(fā)現(xiàn)這些人類特異結(jié)構(gòu)調(diào)控的基因在胎腦的SP層顯著表達，由此推測其對人類特異發(fā)育模式可能發(fā)揮重要作用。這一研究結(jié)果首次為SP層在人類特異腦結(jié)構(gòu)的發(fā)育和形成中的重要作用提供了證據(jù)。

此外，研究團隊還發(fā)現(xiàn)基因組中很多人類特異突變，可能導(dǎo)致在人類大腦發(fā)育中產(chǎn)生新的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點，并形成人類特異的染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)。

(趙漢斌)