我们每个人最初都只是一个小小的受精卵，它所带有的DNA和后来的皮肤细胞、心脏细胞没差别，怎么就能变出200多种不一样的细胞？

    在2025WAFI国际智能育种论坛上，中国科学院院士、同济大学教授、院长高绍荣带来了答案——这背后藏着“表观遗传”的神奇力量。

早期胚胎发育与体细胞重编程中的细胞命运转变。图源演讲者幻灯片

    什么是“表观遗传”？如果把细胞里的DNA比作一本固定的“遗传剧本”，那“表观遗传”就是给剧本贴的各种“小标签”：有的标签会让某个基因“上台表演”，也就是激活它表达；有的标签会让基因“安静待着”，也就是抑制它。这些标签不改变DNA本身，却能决定细胞的“命运”——它会变成什么样子、怎么发育。高绍荣团队主要对两种“标签”进行研究：一种是给包裹DNA的“组蛋白”加修饰，另一种是给RNA加修饰，就是这两种修饰在悄悄指挥细胞和胚胎的生长。

    团队最先研究的是正常胚胎发育里这些“标签”的作用。他们发现，组蛋白上的修饰特别关键，比如两种常见的“标签”：H3K4三甲基化是“启动键”，贴上它基因就会开始工作；H3K27三甲基化是“暂停键”，贴上它基因就会歇着。更有意思的是干细胞里的情况，有些基因会同时贴着“启动键”和“暂停键”，这叫“Bovalent现象”，正是这种现象让干细胞能保持“万能”——能变成各种细胞，要是没了这个现象，干细胞很快就会定型，没法再灵活转变了。

    还有一种叫H3K9三甲基化的修饰，像个“守护者”，我们基因组里有很多会乱跳的“捣乱片段”叫转座子，这种修饰能把它们“锁住”，尤其是胚胎早期，能防止这些片段搞破坏，让胚胎顺利发育。而且团队在小鼠和人的早期胚胎里都看到了这种规律，说明这些发现对人类研究也有用。

表观遗传修饰在决定细胞命运调控中的作用。图源演讲者幻灯片

    除了组蛋白修饰，RNA上的修饰也很重要。卵母细胞是体内最大的细胞，里面存了好多“母源RNA”，这些RNA是早期胚胎的“能量补给”。团队发现一种叫m6A的RNA修饰，在不同阶段作用完全不一样：在卵母细胞里，它是“稳定剂”，让母源RNA保持完好，给胚胎供能；可到了胚胎发育的二细胞阶段，它又变成“清理工”，新产生的RNA贴上它就会被快速降解，就像及时清掉旧材料，给新的发育腾出空间。要是把负责加这种修饰的酶去掉，胚胎就没法正常长，这也说明RNA修饰是胚胎发育中缺不得的角色。

    这些发现能够帮助解决育种领域的一个老难题——克隆效率低。大家熟悉的克隆羊多莉，其实只是少数成功案例，早期克隆胚胎能长成个体的概率还不到1%，大部分胚胎都会“卡住”没法继续发育。团队找了半天原因，终于发现问题出在“标签”上：克隆时，体细胞的“表观标签”没重置好，像之前说的H3K9、H3K4这些修饰，在克隆胚胎里没法像正常胚胎那样贴对，导致基因表达乱了套，胚胎自然就长不动了。

    找到症结后，他们针对性地修正了这些“标签缺陷”，让克隆胚胎的“基因开关”恢复正常，结果小鼠的克隆胚胎发育率从不到1%提到了接近20%。这种方法不光能用于小鼠，还能用到克隆羊、克隆猪、克隆牛这些大动物身上，以后能大幅提高大动物的克隆效率，给育种提供更多优质个体。

小白鼠。图片由AI生成

    在让克隆胚胎“活”得更好之外，对细胞命运的调控研究，还打开了另一个新方向——不用真实胚胎，也能在体外研究发育。

    研究人类胚胎有个难题，体外培养不能超过14天，没法看到完整的发育过程，于是团队想，能不能用干细胞拼一个“类胚胎”？这种类胚胎不是真的胚胎，却能模拟正常胚胎的生长。他们先观察到，正常胚胎发育到2.5天时，有些细胞既表达能发育成胎儿的OCT4基因，又表达能发育成胎盘的CDX2基因，这些细胞分化潜力特别好。于是团队尝试在体外建这种细胞系，筛选了2000种化合物后，终于找到两种小分子，加进去后，原本只表达OCT4的干细胞，也开始表达CDX2，变成了“双能干细胞”——既能变胎儿细胞，又能变胎盘细胞，放进胚胎还能参与形成个体，功能完全没问题。

    之后，把这种双能干细胞放在体外培养，让它们自己组装成类胚胎，结果特别惊喜：这些类胚胎能发育到类似正常胚胎7.5到9天的阶段，能长出神经管——未来会变成大脑和脊髓，还有8到9对体节——未来会变成骨骼和肌肉，甚至还能长出会跳动的心脏。

类胚胎形成心脏。图源演讲者幻灯片

    这些在小鼠身上的发现，并不是停留在实验室里。高绍荣提到，他们已经开始把成果往大动物上延伸，比如提高克隆效率的方法、培养双能干细胞的技术，以后都可能用到猪、牛、羊的育种里，帮着培育更优质、更抗病的品种。对智能育种来说，这些发现就像打开了一扇新门，以后或许能通过调控“表观标签”，更精准地控制动物的发育和性状，培育出更符合需求的优良品种。

　　记者：李欣哲

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