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當(dāng)精子與卵子結(jié)合，細(xì)胞的命運(yùn)之書翻開了第一頁。你知道嗎？在受精卵中，絕大多數(shù)基因最初是沉睡的，真正決定生命進(jìn)程的，是那些在關(guān)鍵時(shí)刻被悄然喚醒的基因。它們?nèi)缤笓]家，引導(dǎo)著整個(gè)發(fā)育交響。

日前，《自然·通訊》在線發(fā)表了上海海洋大學(xué)陳良標(biāo)/胡鵬教授團(tuán)隊(duì)的研究成果。團(tuán)隊(duì)成功在活體魚類胚胎中實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞新生RNA測(cè)序技術(shù)的系統(tǒng)優(yōu)化和應(yīng)用，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)“合子激活”階段新轉(zhuǎn)錄基因的高靈敏度、高準(zhǔn)確性檢測(cè)。這項(xiàng)技術(shù)突破不僅打開了研究生命起源奧秘的新窗口，也為水產(chǎn)育種的基因精準(zhǔn)設(shè)計(jì)提供了重要工具。

每個(gè)新生命的開始，都經(jīng)歷一次“主權(quán)交接”，從母親提供的遺傳物質(zhì)，過渡到胚胎自主控制基因表達(dá)。這一過程被稱為母源-合子轉(zhuǎn)換，是胚胎發(fā)育中最關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。然而，剛被激活的合子基因，其轉(zhuǎn)錄本數(shù)量極其稀少，又常常被海量的母源RNA“淹沒”。這使得傳統(tǒng)的測(cè)序技術(shù)很難“聽見”這些微弱卻至關(guān)重要的聲音。

胡鵬曾在博士后期間參與開發(fā)了檢測(cè)新合成RNA的前沿技術(shù)-單細(xì)胞新生RNA測(cè)序技術(shù)（scNT-seq）。此次研究中，團(tuán)隊(duì)圍繞魚類胚胎模型，開展了系統(tǒng)性優(yōu)化。團(tuán)隊(duì)一方面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)評(píng)估標(biāo)記方法，對(duì)10種主流RNA化學(xué)轉(zhuǎn)化方法進(jìn)行了系統(tǒng)篩選，在超過5萬個(gè)斑馬魚細(xì)胞中測(cè)試。最終發(fā)現(xiàn)，基于mCPBA/TFEA的“on-beads”轉(zhuǎn)化方案，能實(shí)現(xiàn)超過8%的T-to-C替換率，表現(xiàn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)“體內(nèi)標(biāo)記”（in-situlabeling）方法，在信號(hào)強(qiáng)度和RNA質(zhì)量上均表現(xiàn)卓越。另一方面，團(tuán)隊(duì)精準(zhǔn)標(biāo)記新合成RNA。團(tuán)隊(duì)在模式魚類-斑馬魚受精卵的一細(xì)胞階段顯微注射4-硫尿苷（4sU），實(shí)現(xiàn)了對(duì)合子新轉(zhuǎn)錄RNA的高效標(biāo)記，猶如在新產(chǎn)生的RNA上做下特殊標(biāo)記，便于后續(xù)識(shí)別。

研究實(shí)現(xiàn)諸多突破。比如，檢測(cè)靈敏度大幅提升。優(yōu)化后的方法能在海量母源RNA背景下清晰捕捉新合子RNA信號(hào)。再如，母源和合子RNA實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)區(qū)分，通過計(jì)算新RNA占比，精確判定哪些基因是胚胎合子激活的。相較以往，該研究識(shí)別出更多此前未被報(bào)道的合子激活基因，并通過原位雜交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其在整胚中的表達(dá)模式。

這項(xiàng)研究不僅深入揭示了“生命最初的指令”是如何被啟動(dòng)的，而且早期發(fā)育過程中合子基因的時(shí)空表達(dá)決定了胚胎質(zhì)量，進(jìn)而能影響魚類生物育種的進(jìn)展，是未來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控、培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)抗逆水產(chǎn)新品種，如斑馬魚模式研究指導(dǎo)經(jīng)濟(jì)魚類育種的關(guān)鍵理論基礎(chǔ)和技術(shù)保障。

上海海洋大學(xué)胡鵬教授為本文通訊作者，博士研究生張曉雯、碩士研究生彭銘健為文章共同第一作者。