母源-合子轉(zhuǎn)換期中合子基因組激活的研究進展

趙向遠，許保增*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所，吉林長春 130112；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特種經(jīng)濟動物分子生物學(xué)重點實驗室，吉林長春 130112）

胚胎發(fā)生始于精子和卵子的融合。19 世紀(jì)，Theodor Boveri 等[1]利用海膽胚胎研究細(xì)胞成分與遺傳之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)不同種類配子間的交叉受精產(chǎn)生了具有雙親中間特性的幼蟲，表明遺傳決定因素編碼在精子貢獻的核物質(zhì)中。然而，在人工生產(chǎn)的無核卵子的雜交中也觀察到一系列雜交特征[2]，這意味著母體也給予了一定程度的遺傳貢獻。

最初，胚胎在轉(zhuǎn)錄上是靜止的，發(fā)育完全由母體提供的蛋白質(zhì)和核糖核酸來決定。隨后，在母子-合子轉(zhuǎn)換期（Maternal-To-Zygotic Transition，MZT），發(fā)育調(diào)控由激活的合子基因組進行，MZT 主要包含2 種分子活動，它們共同“重新編程”最終分化的卵母細(xì)胞和精子，使之成為全能的胚胎。一種是母體產(chǎn)物的降解，即母體指令的缺失，這些指令是卵母細(xì)胞成熟、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和胚胎發(fā)生第一階段所必需的，但隨著胚胎的發(fā)育而變得不必要或是有害；另一種是通過基因表達激活新的合子指令，這一過程被稱為合子基因組激活（Zygotic Genome Activation，ZGA）。這兩種活動極大地重塑了胚胎的基因表達模式和細(xì)胞特性[2]。本文綜述了ZGA 的動力學(xué)和時序模型及ZGA 的調(diào)控機制，包括在多個模型物種中對細(xì)胞周期長度、轉(zhuǎn)錄抑制因子和激活因子的作用和染色質(zhì)組的研究情況，以及翻譯后水平的調(diào)控變化，更全面地了解ZGA 在MZT 過程中發(fā)揮的作用，以確保胚胎發(fā)育的穩(wěn)定進行。

1 合子基因組激活的模型和時序性

1.1 合子激活的模型假說 在傳統(tǒng)上，2 種截然不同的激活模式一直是ZGA 研究的重點。一方面，“核質(zhì)（N/C）比”模型認(rèn)為，細(xì)胞周期的早期分裂可以通過改變N/C 比來調(diào)節(jié)合子基因組的激活，即整個胚胎的細(xì)胞質(zhì)體積相對恒定，但通過進行性細(xì)胞分裂，細(xì)胞核數(shù)量以及整體細(xì)胞核的體積都在增加，會增加N/C 比，降低母體中抑制因子的比率，從而導(dǎo)致每個細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)從被轉(zhuǎn)錄的狀態(tài)中釋放出來[3]。在這個公式中，ZGA發(fā)生的障礙是母體的因素，在轉(zhuǎn)錄發(fā)生之前母體的相應(yīng)轉(zhuǎn)錄水平必須降低。例如，在非洲爪蟾和斑馬魚中都觀察到細(xì)胞周期的變化與N/C 比有關(guān)，但有證據(jù)表明，N/C 比通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期速率會間接影響轉(zhuǎn)錄激活[4]。Edgar 等[5]研究發(fā)現(xiàn)，在細(xì)胞化之前，黑腹果蠅的有絲分裂周期長度會根據(jù)N/C 降低比而變慢，但該機制不能解釋所有ZGA 的發(fā)生。

另一方面，與上述觀點相對的是獨立于細(xì)胞分裂數(shù)量的“母系時鐘”模型，它可能決定基因表達的時間。該模型的分子實例化可被看作是母體因子數(shù)量或活性的增加，其必須達到一個臨界水平，啟動一個生化級聯(lián)反應(yīng)才能觸發(fā)轉(zhuǎn)錄激活。胚胎受許多母體mRNA 因素的影響，這些因子通常通過抑制性RNA 結(jié)合蛋白處于休眠狀態(tài)，即使在這種抑制被釋放后，這些轉(zhuǎn)錄物被多聚腺苷酸化、翻譯并運輸?shù)郊?xì)胞核也需要時間。因此，激活轉(zhuǎn)錄或減輕抑制所需的任何必需因子的積累都可能有觸發(fā)ZGA。到目前為止，在斑馬魚和果蠅體內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)部分與基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄相關(guān)的母體清除因子和轉(zhuǎn)錄激活因子，如Smaug[6]。這2 個模型并非相互不容，也不相互獨立。在黑腹果蠅的研究中表明，這2 種調(diào)節(jié)模式對于數(shù)量大致相等的基因的激活同時存在[7-8]。然而，所有這些機制也依賴于可用的DNA 模板的相對數(shù)量，在每個細(xì)胞周期后，模板數(shù)量呈指數(shù)增長。達到DNA 的閾值數(shù)量，并允許有足夠的時間積累轉(zhuǎn)錄數(shù)，是實現(xiàn)可檢測水平的轉(zhuǎn)錄輸出的一個因素。ZGA 調(diào)節(jié)的機制實際上可能比使用現(xiàn)有技術(shù)測量的時間更早發(fā)生作用。

1.2 合子激活的時序性 在許多物種中，ZGA 不是一個單一的生物學(xué)事件，而是一個轉(zhuǎn)錄逐漸被激活的過程。植入前胚胎的ZGA 主要經(jīng)歷2 個階段，一種是在分裂過程中出現(xiàn)的小波；另一種是與細(xì)胞周期延長而同時出現(xiàn)的大波[9]。合子轉(zhuǎn)錄的間斷爆發(fā)構(gòu)成了ZGA 的一個小波和一個大波，在大波中發(fā)生的基因表達的重編程對于合子進一步發(fā)育十分關(guān)鍵[9]。就胚胎有絲分裂的細(xì)胞周期而言，人、小鼠和海膽最早開始轉(zhuǎn)錄，在小鼠的第1 個細(xì)胞周期的G2 期，檢測到第1 個胚胎轉(zhuǎn)錄本，并在受精后約20 h 雌雄原核融合，開始第1 次胚胎分裂[2]。小鼠胚胎ZGA 的小波發(fā)生在單細(xì)胞期[10]，約有800 個基因被激活；而大波發(fā)生在雙細(xì)胞期，這次轉(zhuǎn)錄會激活約 3 500 個基因。與小鼠相比，其他哺乳動物的表達模式有輕微延遲的趨勢[11]，如牛的小ZGA 發(fā)生在2/4 細(xì)胞期，大ZGA 發(fā)生在8 細(xì)胞期。人類的合子基因組激活也分為小波和大波2 個波次：在2～4 細(xì)胞階段，激活約1 000 個基因，而在4～8 個細(xì)胞階段的大波過程中，激活約2 500 個基因，人類胚胎在1 個細(xì)胞階段也具有轉(zhuǎn)錄活性[2]。但在無脊椎動物中，如非洲爪蟾的基因組激活的小波發(fā)生在第6～9 個卵裂周期，而大波發(fā)生在受精后約6 h 的第12～13 個卵裂周期；斑馬魚的ZGA 開始于受精后的第6 個卵裂周期，并在第10 個卵裂周期（受精后約19 h）時觀察到大波出現(xiàn)；在果蠅中，ZGA 的小波發(fā)生于第6 個卵裂期，大波在第14 個卵裂周期（受精后約2.5 h）被檢測到[12-15]。對于大多數(shù)基因而言，ZGA 期間轉(zhuǎn)錄的開始是隨機的，這意味著并非所有細(xì)胞都同時開始激活該基因[16]，這會導(dǎo)致最初基因的表達水平在不同細(xì)胞之間存在巨大差異，從原則上講，這可能會阻礙發(fā)育。然而，通過發(fā)育過程中空間或（如在果蠅中）[17]或時間的合理分配（如在斑馬魚中）[16]可以達到基因表達的統(tǒng)一模式，從而克服這個問題。盡管在ZGA 過程中被激活的基因中有一些是嚴(yán)格的合子（即不是母系遺傳的），但也有許多基因是母系遺傳的，然后在胚胎中重新表達。在這些情況下，轉(zhuǎn)錄不僅加強了基因的表達，還改變了轉(zhuǎn)錄的特征及其調(diào)控。

2 合子基因組激活的分子機制

2.1 細(xì)胞周期的調(diào)控 在昆蟲、兩棲動物和魚類的早期胚胎發(fā)育階段具有快速卵裂的特點。因為DNA 復(fù)制通常會干擾轉(zhuǎn)錄，細(xì)胞周期的增多可能會減少發(fā)育早期階段的基因轉(zhuǎn)錄。例如，在非洲爪蟾中，發(fā)現(xiàn)有4 個復(fù)制因子Cut5、RecQ4、Treslin 和Drf1 控制細(xì)胞周期，從而指導(dǎo)合子轉(zhuǎn)錄的開始，這些基因的過表達會導(dǎo)致復(fù)制起始和細(xì)胞周期數(shù)的增加，囊胚中期（Mid-Blastula Transition，MBT）細(xì)胞分裂不均勻，從而延遲了大量基因的轉(zhuǎn)錄。此外，在這一過程中還觀察到復(fù)制檢查點激酶Chk1 的早期激活[16,18]。Chk1 通過抑制細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶的活性來調(diào)節(jié)細(xì)胞進入S 期和G2 期，Cdc25 同系物Twine 參與該過程，它可能以N/C 比率依賴性的方式進行降解，穩(wěn)定Cdk1 磷酸化來防止有絲分裂的進行從而允許合子轉(zhuǎn)錄發(fā)生[19]。其他研究顯示，ATM、ATR 以及下游的CHK1 或CHK2 通過下調(diào)CDC25，上調(diào)WEEL，最終使 CDK1/周期蛋白 B（Cyclin B）的活性受到抑制，導(dǎo)致細(xì)胞被阻斷在G2/M 期[20-21]。因此，這些機制可能共同作用于非洲爪蟾的細(xì)胞周期延長和相關(guān)的合子轉(zhuǎn)錄的增加。然而，在果蠅胚胎中，細(xì)胞周期的延長取決于合子轉(zhuǎn)錄的開始[22]，轉(zhuǎn)錄并非依賴于細(xì)胞周期的延長。因此，目前還不清楚在胚胎發(fā)生過程中細(xì)胞周期的延長對轉(zhuǎn)錄開始的影響程度。上述物種在MBT 后才進行了合子的轉(zhuǎn)錄，與之不同的是，N/C 比并不適用于哺乳動物，小鼠在胚胎2-細(xì)胞時期就開始了合子轉(zhuǎn)錄[20]，但N/C 比對小鼠的胚胎發(fā)育和細(xì)胞致密化有很重要的影響[23]。

在許多物種中，早期胚胎發(fā)育的特點是一系列細(xì)胞周期的快速進行，而這一細(xì)胞分裂的減慢與合子的激活階段密切相關(guān)。當(dāng)細(xì)胞核進入有絲分裂時，轉(zhuǎn)錄在很大程度上被抑制，因此在發(fā)育早期表達的基因往往很短且缺乏內(nèi)含子。隨著分裂周期的減慢，基因組的轉(zhuǎn)錄數(shù)量逐漸增加，隨著細(xì)胞進入第1 個G2 期，ZGA 的大波出現(xiàn)。綜上表明，早期轉(zhuǎn)錄的基因往往很短，而較長的基因表達則被延遲，直到細(xì)胞周期延長。因此，分裂周期的減慢可以決定基因組激活的速度[6]。

2.2 染色質(zhì)的變化 在植入前胚胎的ZGA 過程中受調(diào)控基因激活的爆發(fā)很可能伴隨著細(xì)胞核內(nèi)DNA 堆積方式的改變。DNA 在復(fù)制轉(zhuǎn)錄的過程中需要先將DNA 的緊密結(jié)構(gòu)打開，從而允許一些調(diào)控因子或轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。這部分打開的染色質(zhì)叫開放染色質(zhì)，打開的染色質(zhì)允許其他調(diào)控因子結(jié)合的特性稱為染色質(zhì)的開放性。例如，染色質(zhì)可以乙?；蚣谆?，從而改變其物理結(jié)構(gòu)，幫助潛在的基因被激活或抑制。開放性反映了染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄的活躍程度，以及結(jié)合其他DNA 修飾（如甲基化）的信息，特定條件下的染色質(zhì)開放性變化可以提供大量的基因表達調(diào)控信息，因此是轉(zhuǎn)錄調(diào)控的關(guān)鍵[24]。

一般來說，在MZT 轉(zhuǎn)錄不活躍期間，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)相對開放。例如，人類和老鼠的基因組在受精后會發(fā)生DNA 去甲基化[25]，但這在其他物種中尚未觀察到。更普遍的是，早期胚胎染色質(zhì)結(jié)構(gòu)開放的特征是高度分散，異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域缺失，拓?fù)湎嚓P(guān)域（Topologically associating domains，TAD）缺失，高水平組蛋白乙酰化和高染色質(zhì)流動性[26-27]。在小鼠中，高度的染色質(zhì)開放性似乎是引發(fā)ZGA 的先決條件。在合子核融合之前，未凝聚的雄原核具有轉(zhuǎn)錄能力，并在S 期的中后期，較低水平的內(nèi)源性轉(zhuǎn)錄導(dǎo)致了ZGA 小波的發(fā)生[28]。相反，雌原核在轉(zhuǎn)錄上保持沉默。這種轉(zhuǎn)錄上的不對稱可能是由于父本基因組重新包裝引起的短暫的染色質(zhì)開放狀態(tài)。精子DNA 與富含精氨酸的精蛋白結(jié)合，在S 期前與母體組蛋白進行交換[29]。這些新結(jié)合的組蛋白受到轉(zhuǎn)錄模式的修飾，包括H4 高乙?；虷3K9 和H3K27單甲基化等[30]。

總體而言，ZGA 發(fā)生時，基因組的整體結(jié)構(gòu)變得更加緊湊，而局部染色質(zhì)開放性增強，這使得越來越多的轉(zhuǎn)錄因子成功地與DNA 結(jié)合[31]。雖然染色質(zhì)開放程度增強有利于轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，但開放性又往往依賴于特定轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合。因此，抑制因子的缺失、激活因子的積累和染色質(zhì)開放性的局部變化共同啟動了基因組的激活[32]。

2.3 轉(zhuǎn)錄抑制因子和激活因子 為了啟動轉(zhuǎn)錄，Pol-II不能自行識別和結(jié)合目標(biāo)基因的啟動子，它必須依賴于識別啟動子和增強子內(nèi)DNA 元素的DNA 結(jié)合蛋白，此外，Pol II 的結(jié)合還依賴于特定的轉(zhuǎn)錄因子（TFs）。這些TFs 能夠識別并結(jié)合到增強子區(qū)域內(nèi)的特定DNA序列，使它們能夠選擇性地激活不同細(xì)胞中靶基因的表達來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄[33]。在合子轉(zhuǎn)錄過程中，來自于母體的很多具有轉(zhuǎn)錄抑制能力的蛋白質(zhì)對MZT 過程中的轉(zhuǎn)錄起到了促進作用。例如，在黑腹果蠅中，Tramtrack（TTK）是fushi-tarazu（ftz）基因表達的母體抑制劑[2]。隨著N/C 比增加，TTK 的核濃度開始降低，減少TTK的數(shù)量或TTK 的結(jié)合位點會導(dǎo)致ftz 轉(zhuǎn)錄提前，而增加TTK 數(shù)量則產(chǎn)生相反的效果。但有趣的是，Smaug 對TTK mRNA 的降解具有調(diào)節(jié)作用。Smaug 的缺失對合子基因的表達有廣泛影響，可能超過了TTK 對轉(zhuǎn)錄的影響，這表明Smaug 會對與ZGA 有關(guān)的許多其他未知的抑制因子有抑制作用[34-35]。因此提供了母體mRNA與ZGA 之間的聯(lián)系。

對小鼠而言，TIF1α是胚胎早期合子基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的最早因子之一，在早期合子基因轉(zhuǎn)錄開始時，TIF1α從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到原核。在原核中，TIF1α通過啟動Ser5Phos Pol II 5 號絲氨酸磷酸化和2 個染色質(zhì)重塑復(fù)合物的催化亞基共定位到離散的位點，即SWI/SNF 復(fù)合物的BRG1（SMARCA4）和ISWI 復(fù)合物的SNF2H（SMARCA5）。當(dāng)TIF1α被抑制時，靶基因被Pol II、BRG1 和SNF2H 錯誤調(diào)控，會導(dǎo)致胚胎30% 的合子基因水平降低和2 細(xì)胞階段的阻滯，其中一些基因也依賴于SNF2H 表達[28]。

與核心啟動子結(jié)合以激活基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄的TFIID 復(fù)合物的組成部分是轉(zhuǎn)錄激活的另一個調(diào)控方面。例如，在線蟲中，一般的TAF-4 轉(zhuǎn)錄因子在發(fā)育的早期階段是無法轉(zhuǎn)錄的，因為該蛋白被磷酸化的OMA-1 和OMA-2隔離在細(xì)胞質(zhì)中，阻止了TFIID 在第1 次分裂時裝配到細(xì)胞核DNA 上，直到在4 細(xì)胞階段OMA-1/2 自身被降解，TAF-4 才被釋放并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中開始轉(zhuǎn)錄[36]。同樣地，在非洲爪蟾中，另一個TFIID 亞基，TATA 結(jié)合蛋白（TATA-Binding Protein，TBP）是轉(zhuǎn)錄的限速因子。一般情況下，TBP 轉(zhuǎn)錄因子的濃度在ZGA 發(fā)生前是被抑制的。雖然TBP 的mRNA 由母體提供，但直到早期囊胚階段才能檢測到其蛋白水平。在小鼠中，TBP 缺失導(dǎo)致囊胚發(fā)育過程中轉(zhuǎn)錄激活失敗，盡管這種現(xiàn)象只在Pol I 和III 介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄中發(fā)現(xiàn)[37]。

因此，一般轉(zhuǎn)錄因子在發(fā)育早期的缺失導(dǎo)致了轉(zhuǎn)錄活性受到抑制。在小鼠中，發(fā)育僅進行到第2 個有絲分裂階段就會停滯（通常稱為2 細(xì)胞阻滯）。在這些生物體中，ZGA 早在這些缺陷出現(xiàn)之前就已經(jīng)發(fā)生，這表明合子轉(zhuǎn)錄不僅要使體內(nèi)轉(zhuǎn)錄的RNAs 保持平衡，而且對指導(dǎo)新的發(fā)育程序的進行也至關(guān)重要。在此之后，基因特異性轉(zhuǎn)錄開始需要基因特異性轉(zhuǎn)錄因子。激活合子表達基因的轉(zhuǎn)錄因子已在多個物種中被發(fā)現(xiàn)，包括果蠅（Zelda）、斑馬魚（Pou5f3，Sox19b，Nanog）、人類（OCT4，DUX4）和小鼠（Dppa2，Dppa4，Nfy，Dux）[38]。這些基因的聯(lián)合缺失對轉(zhuǎn)錄和胚胎的后續(xù)發(fā)育都有很大影響。編碼這些因子的RNA 是母系遺傳的，它們的蛋白質(zhì)水平在細(xì)胞周期的早期有所增加[39]。在這種情況下，它們的合子轉(zhuǎn)錄開始于細(xì)胞核的2 個不同區(qū)域，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子濃度局部升高，從而促進轉(zhuǎn)錄，這類基因特異性轉(zhuǎn)錄因子的水平影響了轉(zhuǎn)錄開始的時間。這表明在ZGA 過程中，特異性和一般性的抑制因子和轉(zhuǎn)錄因子都在從轉(zhuǎn)錄抑制到轉(zhuǎn)錄激活的平衡過程中發(fā)揮重要作用。

3 合子轉(zhuǎn)錄的翻譯后調(diào)控

3.1 組蛋白修飾 由于組蛋白能以高親和力與DNA 結(jié)合并在胚胎中大量存在，因此組蛋白一直被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄的抑制因子。組蛋白在經(jīng)過一系列的翻譯后修飾（Post-Translational Modifications，PTMs）可以直接影響染色質(zhì)的開放性，例如，乙?；淖兞私M蛋白的電荷，進而改變了組蛋白與DNA 的接觸。在MZT 過程中，特定類型的組蛋白修飾與轉(zhuǎn)錄的抑制和激活狀態(tài)有關(guān)。在小鼠中，H4 乙?；瘯⑥D(zhuǎn)錄活躍的雄原核和沉默的雌原核區(qū)分開[40]。在ZGA 的小波發(fā)生后，組蛋白去乙酰化酶（Histone Deacetylase，HDAC）的活性會提供短暫的轉(zhuǎn)錄抑制，例如注射的質(zhì)粒以及通常在1 細(xì)胞階段表達的內(nèi)源性基因往往在2 細(xì)胞胚胎中不易轉(zhuǎn)錄。抑制HDACs 或DNA 合成可以緩解這種抑制現(xiàn)象，這表明在復(fù)制過程中的去乙酰化為ZGA 提供了轉(zhuǎn)錄特異性[40]。

基因啟動子區(qū)的H3K4me3 和H3K27ac 與激活基因表達相關(guān)，而H3K9me3 和H3K27me3 通常與抑制表達相關(guān)。在果蠅、斑馬魚和小鼠胚胎中，H3K27ac與ZGA 期間激活的基因有關(guān)[41]。H3K27ac 會在果蠅ZGA 發(fā)生之前的的TSS 基因位點處富集，在小鼠的2細(xì)胞胚胎階段也伴隨著H3K27ac 的增加[41]。這些發(fā)現(xiàn)表明H3K27ac 在ZGA 之前的積累和對相關(guān)啟動子的識別是必需的，并且先于轉(zhuǎn)錄激活。因此，在ZGA 前H3K27ac 的積累是不同生物體的共同特征[42]。

除了乙?；琀3 賴氨酸甲基化也會影響MZT 中基因激活的時間，盡管它們的影響在不同物種和環(huán)境中差異很大[43]。在小鼠中，無轉(zhuǎn)錄活性的雌原核與H3K27me3 相關(guān)，而轉(zhuǎn)錄活性強的雄原核僅在小ZGA末期出現(xiàn)H3K27me3[44-45]。然而，H3K4me3 的激活也優(yōu)先在雌原核中觀察到，盡管它的轉(zhuǎn)錄處于靜止?fàn)顟B(tài)，但隨著雄原核的加入與母體H3 組蛋白結(jié)合，這種不對稱性迅速減弱[46]。因此，H3K27me3 更容易影響早期小鼠基因轉(zhuǎn)錄活性。

上述結(jié)果表明，組蛋白修飾決定了MZT 期間基因表達的時間和空間特異性，這與受精卵基因染色質(zhì)構(gòu)象的局部變化有關(guān)。盡管有證據(jù)表明配子的表觀遺傳在這一過程中也發(fā)揮了一定作用，但這種特異性是如何建立起來的，在很大程度上仍然是未知數(shù)。

3.2 表觀遺傳模式 在卵子和精子中組蛋白修飾標(biāo)記的發(fā)育基因表明組蛋白的標(biāo)記對ZGA 的基因表達程序有預(yù)測作用。例如，在小鼠的卵母細(xì)胞中，激活Polycomb 復(fù)合物蛋白（PcG）的活性被證明是胚胎中組蛋白正確標(biāo)記和維持卵母細(xì)胞發(fā)育所必需的[46-47]。Polycomb 的抑制復(fù)合物1 和2（PRC1 和PRC2）共同作用并維持H3K27me3 并抑制轉(zhuǎn)錄。由缺乏PRC1 核心成分Ring1 和Rnf2 的卵母細(xì)胞來源的小鼠胚胎在2 細(xì)胞期停止生長，并在ZGA 過程中出現(xiàn)異?；虮磉_[48]。同樣在小鼠和人類精子DNA 中，精蛋白中都存在少量的修飾組蛋白，這些組蛋白會傳遞到雄原核中[24,40,49]。H3K4me2、H3K4me3 和H3K27me3 都出現(xiàn)在與發(fā)育有關(guān)的精子啟動子上，后者最先在胚胎中發(fā)現(xiàn)，與抑制基因表達有關(guān)。

此外，富含G/C 的區(qū)域也很重要，因為它們是5-甲基胞嘧啶修飾的位點，這些修飾與轉(zhuǎn)錄靜止區(qū)有關(guān)。CpG 二核苷酸處的胞嘧啶甲基化由DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶（如Dnmt1）催化，甲基轉(zhuǎn)移酶活性的抑制導(dǎo)致MZT期間許多合子基因過早表達[50]。與組蛋白標(biāo)記一樣，精子DNA 中也存在特定的甲基化模式，但這些甲基化模式在受精時基本消失，只在囊胚中重新出現(xiàn)[49,51]。因此，轉(zhuǎn)錄能力以及基因表達的特異性是通過調(diào)節(jié)染色質(zhì)的可及性來實現(xiàn)的。核小體重定位、組蛋白修飾和轉(zhuǎn)錄DNA 甲基化的結(jié)合保證了MZT 中轉(zhuǎn)錄的發(fā)生。

4 展 望

合子的基因激活在MZT 過程中是一個多方面多因素調(diào)控的結(jié)果。在不同物種間，MZT 的過程基本是保守的，但是基因的轉(zhuǎn)錄和激活在許多方面有著驚人的相似和相通性。深入了解這一過程中細(xì)胞周期的變化、轉(zhuǎn)錄因子的狀態(tài)和染色質(zhì)的開放程度如何相互關(guān)聯(lián)，以及它們在多大程度上影響了合子的轉(zhuǎn)錄激活，才能盡快對早期胚胎中基因組激活的時間和分化機制做出更深一步解釋。

因此，一些母體產(chǎn)物的清除是合子的基因組激活所必需的，但這是如何完成的，ZGA 主要過程之間的因果關(guān)系以及涉及到的因素，仍然在很大程度上是未知的。雖然很容易推測有一些機制會直接連接這兩種RNA 的代謝活動，但它的發(fā)生到底是由幾個獨立機制的累加作用引起的，還是通過一系列單一控制點的分子時間所引發(fā)的，目前尚不清楚。近幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)手段的進步，可以通過高通量基因組學(xué)及轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，利用高精密度的儀器和更少的實驗樣本去探究ZGA 過程中的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和染色體狀態(tài)，甚至是單個胚胎的發(fā)育情況。未來還需要進一步的研究來揭示胚胎早期發(fā)育過程中ZGA 階段的關(guān)鍵候選基因及其動力學(xué)機制，這對了解哺乳動物早期胚胎的發(fā)育進程有著十分重要的意義，同時為動物繁育技術(shù)的開展和應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。