在卵子成熟和早期胚胎发育的过程中，包括人在内的基本上所有的哺乳动物，在合子基因组激活之前，其细胞核都是不转录的。也就是说，其基因的表达调控，并非是由 DNA 控制，而主要是由原来储存在卵子中的 RNA 转录后调控的。对于真核生物来说，在其 mRNA3’末端，大多有数量为几十至几百个腺嘌呤（A）碱基组成的 poly（A）尾巴。此前，科学家在果蝇、爪蟾和斑马鱼的研究中发现，poly（A）尾巴的长度可能在卵子和早期胚胎内蛋白质的翻译过程中发挥着重要的调控作用。因此，来自东北林业大学、山东大学、中科院动物所、东北农业大学和中科院遗传发育所等单位的科研人员，想进一步探究在哺乳动物卵子成熟和早期胚胎发育的过程中，poly（A）尾巴的长度究竟发生了怎样的变化。然而已有技术手段无法满足对微量样本进行全转录组 poly（A）尾巴精确分析的要求。为了能够顺利完成研究，他们尝试开发了两项技术，即 PAIso-seq 和 PAIso-seq2。基于这两项技术，他们发现在卵子向胚胎转变过程中，poly（A）尾巴的长度和其中含有非 A 碱基的转录本数量呈现出高度动态的变化，并揭示了母源 mRNA 在卵子成熟和受精后大规模的重构。东北林业大学刘玉胜教授、山东大学赵涵教授、中科院动物所与中科大联合培养博士研究生邵方红、东北农业大学博士研究生张轶伟为论文的共同第一作者，东北农业大学王加强教授、中科院动物所周兵研究员、山东大学吴克良教授、中科院遗传发育所陆发隆研究员为论文的共同通讯作者。图丨相关论文（来源：Nature Structural & Molecular Biology）“这项研究对进一步理解人类的生殖具有非常重要的意义。此前，科学家们对 poly（A）尾巴介导的转录后调控在人类的卵子和早期胚胎中发生的变化完全未知。我们现在开发出的两套技术，可以完成对整个转录组水平的 poly（A）尾巴的解析，并且两套数据可以相互支撑。”陆发隆表示。对此，陆发隆解释说：“我们初期只使用具有超高灵敏度的 PAIso-seq 技术对人类卵子和胚胎进行了分析。但是在数据分析过程中，我们发现在卵子成熟的过程中，有大量的 mRNA 都发生了 poly（A）尾巴的去尾，也就是 poly（A）尾巴已经被完全去掉，或者变得非常短，PAIso-seq 技术也无法对它们进行检测。并且我们发现在卵子成熟和早期胚胎发育过程中，poly（A）尾巴中除了含有A碱基之外，还掺入了包括尿嘧啶（U）、胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）在内的大量非A碱基。如果这些非 A 碱基掺入在转录本 poly（A）尾巴的末端，PAIso-seq 技术就无法检测到这些转录本。”图丨人类卵子和早期胚胎中 poly（A）尾巴介导的母源 mRNA 重塑（来源：Nature Structural & Molecular Biology）
所以，基于 PAIso-seq 技术存在的不足之处，该团队又开发了具有针对性的 PAIso-seq2 技术。虽然从灵敏度上来看，PAIso-seq2 技术不如 PAIso-seq 技术，但其对 poly（A）尾巴的捕获，不受末端碱基序列的影响，可以完整地检测 poly（A）尾巴，这包括那些有大量非 A 碱基修饰的、poly（A）很短的、甚至没有 poly（A）尾巴的转录本。“有了这两套技术之后，我们后面的研究就比较顺理成章了。”陆发隆说。在他看来，基于这项研究得到的成果非常有意义。他表示，自己过去的研究更多地集中在染色质表观遗传学领域，主要探究在基因序列不发生变化的情况下，对基因表达和生物学功能产生的可遗传变化的染色质调控机制。但在开展该研究时，对 poly（A）尾巴中还掺入 U、C 和 G 三种碱基的发现，使他产生了进一步的推测，即这些碱基可能在 poly（A）尾巴中编码了一些新的调控信息，可能对 mRNA 的功能具有重要的调控作用。不过，关于这一推测，目前还缺乏进一步的直接证据。“所以这也是接下来我和团队会投入更多精力去探索的方向。”陆发隆说。同时，他和团队也想知道，为什么在人类受精卵中有 2/3 以上的 poly（A）尾巴中有非 A 碱基的掺入，以及这些非 A 碱基在早期胚胎发育中的功能等等。“我们相信对这些方面的研究，可以开创一个新的领域，让更多的人认识到 poly（A）尾巴这种非基因组 DNA 来源的序列，究竟编码了什么样的 mRNA 转录后调控信息。”陆发隆最后说。参考资料：
1. Liu, Y., Zhao, H., Shao, F. et al. Remodeling of maternal mRNA through poly(A) tail orchestrates human oocyte-to-embryo transition. Nature Structural & Molecular Biology 30, 200–215 (2023). https://doi.org/10.1038/s41594-022-00908-2
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