生命起源于精子和卵细胞结合形成的受精卵。由于精子和卵细胞染色质上的表观遗传修饰信息存在很大差异，虽然在受精后父源和母源染色体上的表观遗传修饰信息均发生剧烈的重编程，使两者逐渐趋于相同，但它们间仍存在一定的差异，例如基因印记等。由于印记基因的印记调控区在父源和母源染色体上的DNA甲基化状态不同，导致印记基因只在一方亲本来源的染色体上表达，而另一方亲本来源的染色体上不表达。这种父源和母源染色质间的表观遗传修饰的差异对于正常发育至关重要，比如印记基因的异常会导致天使综合征、小胖威利症等疾病。对于人类早期胚胎中父源和母源染色质上存在哪些表观遗传修饰差异，目前的认识十分有限。过去的研究主要依据十分稀少的亲本间单核苷酸多态性（SNP）来区分人类亲本染色质，进而比较亲本染色质间的表观遗传修饰差异特征，严重限制了我们对此的认识。

为了回答上述问题，中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）刘江课题组、山东大学陈子江院士团队合作，另辟蹊径，采用人类孤雄、孤雌来源的单倍体胚胎从全基因组尺度研究父源和母源染色质上的表观遗传修饰差异。通过将体外受精的受精卵在雌雄原核融合之前，分别去掉雌原核或雄原核，得到人类的孤雄或孤雌单倍体胚胎，将其进行体外培养，收集4-细胞到囊胚阶段的胚胎，绘制DNA甲基化、染色质开放性（DHS信号）和组蛋白H3K27me3修饰的图谱，比较不同发育时期的孤雄和孤雌胚胎间的表观修饰差异（如图）。

图1 人类孤雄和孤雌单倍体胚胎间的表观遗传修饰差异

研究发现人类早期胚胎的染色质上约有20%以上的区域在孤雄和孤雌胚胎间存在表观遗传修饰差异，说明人类胚胎中父源和母源染色质的表观修饰存在较多不同。其中，父源特异的H3K27me3与母源特异的高DNA甲基化协同沉默一些神经功能相关基因和印记基因在早期胚胎中表达，并且这种调控机制在小鼠早期胚胎中也被观测到，说明这种调控方式在不同物种中十分保守。通过分析，鉴定了19个之前未被报道的人类印记基因，其中13个为父源特异表达，6个为母源特异表达，并找到了这些印记基因的潜在印记调控区域。另外，发现人类亲本特异的H3K27me3、染色质开放性或DNA甲基化等表观遗传信号在小鼠同源基因上并没有检测到，说明亲本特异的表观信号在人和小鼠中不保守；另外，小鼠早期胚胎中发现的H3K27me3依赖的印记信号在人类早期胚胎中并未被检测到。

综上，该研究揭示了人类胚胎中父源和母源染色质上的表观遗传修饰差异特征，相关成果以Allelic reprogramming of chromatin states in human early embryos为题发表在National Science Review杂志上。袁慎立、高磊（第十批会员）、陶文荣、詹坚鸿和路钢为本文共同第一作者，吴克良、刘江、陈子江院士、高磊（第十批会员）为本文的共同通讯作者。该研究得到来自国家重点研发计划、国家自然科学基金委和中国科学院青年创新促进会等项目的资助。

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