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雏鸡胚胎为理解人类发育提供了宝贵的遗传数据

由于道德考虑,人类胚胎的早期发育研究是不可能的,并且在技术上难以在其他哺乳动物中进行,使得这类研究的资源极为罕见。例如,日本的哺乳动物基因组功能注释(FANTOM)5项目成立于2000年,是一项全球合作项目,旨在识别哺乳动物基因组中的所有功能元件,但它没有基因表达的帽分析(CAGE)基于人类胚胎或代表早期发育阶段的小鼠胚胎的转录起始位点(TSS)数据。

雏鸡胚胎为理解人类发育提供了宝贵的遗传数据

为了解决这一缺乏信息的问题,来自日本(熊本大学和RIKEN),俄罗斯(喀山联邦大学),西班牙(坎塔布里亚大学)和澳大利亚(西澳大利亚大学)的研究人员组成的国际合作组织了世界上第一个全基因组的禽类TSS。这些位点标志着转录的起点,并且对于细胞分化和胚胎发育非常重要,直到出生,或者在鸟类的情况下,直到孵化。虽然鸟类看起来与人类完全不同,但早期发育阶段非常相似,并且已经表明,约60%的人类蛋白质编码基因与鸡直向同源物(从共同祖先进化而来的基因)一一对应。

使用CAGE技术,一种高度可靠的方法,用于在整个雏鸡发育期内在基因组中发现TSS和顺式调控元件(那些调节转录位置和稳健性的序列块),合作者能够映射60%的所有发育鸡对最近的鸡基因组的TSS,其他40%可能是尚未定性的替代启动子或非编码RNA基因。更新后的基因组被添加到RIKEN的互动在线平台ZENBU(日语单词“zenbu”,英文翻译为“all”),名称为“Chicken-ZENBU”,所有人都可以免费使用。

研究人员还表明,他们的全基因组TSS定位可以应用于CRISPR-on技术,通过在发育阶段HH10(铺设后约1.5天)成功激活Brachyury蛋白编码的T基因,在发育过程中激活特定基因。这一成就随后进行了几次更成功的基因激活,从而显示了当与TSS作图结合时CRISPR-on的有效性。

“在开发基于CAGE的发育TSS分析方法的过程中,我们确定了新的转录因子及其调控模块,以及几个新的管家基因,”项目负责人熊本大学IRCMS的郭国军教授说。“我们希望这项工作以及我们在ZENBU在线数据库中添加的数据能够极大地促进鸟类和哺乳动物的发育研究。”

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