英国医学研究理事会医学科学实验室最新研究发现，在生命最初阶段、基因尚未正式激活之前，基因组已建立起有序的三维结构。这一发现改变了科学界长期以来认为早期基因组结构“混乱无序”的看法。相关论文发表于新一期《自然·遗传学》杂志。
这张早期果蝇胚胎照片捕捉到了细胞核分裂的瞬间。正在分裂的细胞核（蓝色）和未分裂的细胞核（粉色）展现了早期发育快速且高度有序的特性，以及基因组组织需要进行精细调控才能确保基因在细胞核分裂过程中即使受到反复干扰也能正常激活。图片来源：英国医学研究理事会（MRC）医学科学实验室
这张早期果蝇胚胎照片捕捉到了细胞核分裂的瞬间。正在分裂的细胞核（蓝色）和未分裂的细胞核（粉色）展现了早期发育快速且高度有序的特性，以及基因组组织需要进行精细调控才能确保基因在细胞核分裂过程中即使受到反复干扰也能正常激活。图片来源：英国医学研究理事会（MRC）医学科学实验室
在胚胎发育过程中，一个关键阶段被称为“合子基因组激活”。在此之前，胚胎主要依赖母体提供的分子维持运作。科学界普遍认为，这一时期的基因组整体结构仍较为松散。而新研究表明，事实并非如此。在基因真正大规模启动之前，DNA已经开始以有序方式折叠并形成复杂结构。
研究团队开发了一种名为Pico-C的新技术，该方法能以极高分辨率描绘基因组三维结构，而且所需样本量远少于传统技术。
团队以果蝇胚胎为模型展开实验。受精后的最初几个小时里，胚胎会经历快速的细胞核分裂，在短时间内形成大量细胞。正是在这一高速发育阶段，科学家首次清晰地看到DNA如何折叠、连接，并逐渐形成稳定的结构单元。
研究发现，这些环状和折叠结构并非随机形成，而是呈现出模块化组织方式，使不同调控信号能作用于特定基因区域。换句话说，在基因真正被“打开”之前，一套空间框架已经准备就绪。
DNA在细胞核中的排列方式会影响基因能否被开启以及开启的时间，因此对胚胎正常发育至关重要。如果这一结构出现异常，可能导致发育问题甚至疾病。
与此同时，另一项同步发表于《自然·细胞生物学》的研究将类似方法应用于人类细胞。研究发现，当维持基因组三维结构的关键“锚点”被移除时，这种结构会迅速崩塌，而细胞会将其误判为病毒入侵，从而触发先天免疫反应，并引发炎症等问题。
这两项研究共同揭示了基因组三维结构在生命早期建立的重要作用，也为理解炎症及相关疾病提供了新的线索。
