來自同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院、南京醫(yī)科大學(xué)和加州大學(xué)洛杉磯分校的科學(xué)家們，利用強(qiáng)大的單細(xì)胞RNA測序技術(shù)以的水平，追蹤了人類和小鼠胚胎的遺傳發(fā)育。該技術(shù)使得研究人員能夠更早及更準(zhǔn)確地診斷遺傳病，即便是在8細(xì)胞期。

同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院的薛志剛（Zhigang Xue）博士、南京醫(yī)科大學(xué)的劉嘉茵（Jia-yin Liu）教授及加州大學(xué)洛杉磯分校的人類遺傳學(xué)和分子生物學(xué)教授范國平（Guoping Fan）為這篇論文的共同通訊作者。研究結(jié)果在線發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上。

單細(xì)胞RNA測序使得研究人員能夠確定在某一特定細(xì)胞中全部基因轉(zhuǎn)錄物的狀態(tài)，或是所有活性表達(dá)的基因。范國平說：“該技術(shù)具有雙重優(yōu)點(diǎn)。它能夠?qū)崿F(xiàn)比以前更為全面的分析，并且該技術(shù)只需要非常少量的樣本材料——1個(gè)細(xì)胞。”

除了用于遺傳診斷，提高科學(xué)家們鑒別如BRCA1和BRCA2（導(dǎo)致婦女易罹患乳腺癌和卵巢癌）等遺傳突變的能力，或是確診由蛋白質(zhì)功能障礙引起的遺傳疾病，如鐮狀細(xì)胞病的能力，該技術(shù)還能在生殖醫(yī)學(xué)中發(fā)揮重要的用途。

該技術(shù)標(biāo)志著遺傳診斷的一個(gè)重要進(jìn)展，從前在胚胎發(fā)育的早期無法進(jìn)行遺傳診斷，且需要更大量的生物學(xué)材料。

在新研究中，科學(xué)家們利用單細(xì)胞表達(dá)譜研究的RNA-seq技術(shù)，突破了起始樣本量少的瓶頸，對人胚胎早期發(fā)育各階段全基因組RNA轉(zhuǎn)錄譜進(jìn)行了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)在胚胎發(fā)育早期各階段中存在著父親或母親來源的單等位基因表達(dá)差異。

同時(shí)運(yùn)用加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA）顯示胚胎早期發(fā)育各階段中的細(xì)胞周期、基因調(diào)控、蛋白質(zhì)翻譯以及代謝通路的轉(zhuǎn)錄變化是以分步進(jìn)行的方式按順序發(fā)生，并明確了該機(jī)制在物種間保守存在，僅在發(fā)育特異性和時(shí)序上有所差異，證明了哺乳動(dòng)物早期胚胎發(fā)育進(jìn)化上的共性。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)胚胎早期發(fā)育各階段的關(guān)鍵候選基因。

論文的共同*作者、范國平實(shí)驗(yàn)室博士后學(xué)者Kevin Huang說：“在這篇論文之前，我們對于早期人類發(fā)育并不十分了解?，F(xiàn)在我們可以定義其‘正常’的樣子，因此為了我們將以此為基準(zhǔn)，對照出可能的遺傳問題。這是我們*次全面略看正常的情況。”

利用單細(xì)胞RNA測序，檢測到了比從前多得多的基因轉(zhuǎn)錄。范國平說：“我們的問題是，‘這一基因網(wǎng)絡(luò)是如何驅(qū)動(dòng)早期發(fā)育從1個(gè)細(xì)胞到2個(gè)細(xì)胞，從2個(gè)細(xì)胞到4個(gè)細(xì)胞，以此類推的？’利用共同作者、加州大學(xué)洛杉磯分校Steve Horvath開發(fā)的基因組數(shù)據(jù)分析方法，我們揭示了重要的基因網(wǎng)絡(luò)，并且我們現(xiàn)在可以在8細(xì)胞期預(yù)測未來可能的遺傳疾病。”

這項(xiàng)研究獲得了中國科技部、中國科學(xué)技術(shù)合作項(xiàng)目和中國國家自然科學(xué)基金的支持。