單個卵細胞基因組測序

人類的遺傳信息存在于每個細胞的DNA中，DNA是由四種不同的核苷酸組成的長鏈。這些核苷酸的組合和序列組成了遺傳的基本功能單位——基因。無論在基礎研究還是臨床應用上，對細胞中所有基因序列（全基因組）的測定都是極其重要的。但是，由于單個細胞中僅含有每個基因的兩個拷貝，因此對單個細胞進行全基因測序是非常困難的。2012年，謝曉亮課題組實現了對單個細胞全基因組的高精度測序，隨后，該技術被應用到多項研究工作中去。體外受精技術（IVF）是輔助生命個體在體外從單個細胞開始發育的技術，因此，單個卵細胞的全基因組測序是輔助生殖領域的研究人員夢寐以求的研究課題。而北大團隊的這項工作實現了該領域的一項重大飛躍。
巧妙地利用了卵細胞成熟、受精過程出現的*的結構——極體，它是卵細胞分裂(cell division)的副產物，并且不參與卵細胞后續的正常發育過程。該團隊研究人員發現了一個新的方法，通過對極體的全基因組測序推斷出在受精卵中母源基因組的情況，從而選擇出一個正常的胚胎進行移植。
“今年是人類輔助生殖成功應用35周年，35年來IVF技術給無數家庭帶來了福音。不孕不育問題困擾著高達10%-15%的育齡夫婦，而IVF技術是解決不孕不育問題的重要方法之一。我們正在采用極體單細胞基因組測序技術去提高IVF的成功率，特別是對于高齡以及反復流產的婦女。”
有多達15%的夫婦受到不孕不育的影響，體外受精（IVF）是治療這種常見疾病的一種方法。在發表于12月19日的《Cell》雜志上的一項新研究中，北京大學的研究人員報道了一項安全、準確且廉價的方法，可為IVF程序選擇出基因正常的胚胎，因此提高了一對夫婦生育健康孩子的機會。
通過對單個的卵細胞進行全基因組測序，這種方法可以檢測到與遺傳疾病相關的染色體異常和DNA序列變異。論文作者、北京大學第三醫院喬杰（Jie Qiao）教授說：“采用這種方法，我們可以一箭雙雕：采用一套深度測序分析，避免了兩種遺傳問題。從理論上講，如果這種方法能夠很好地發揮作用，我們將能夠將試管嬰兒技術的成功率從30%提高到60%，甚至更高。”
IVF程序涉及將女性的卵子和男性的精子取出后，置于一個實驗皿中使其受精，在將胚胎前體——受精卵移植回母體子宮內發育成胎兒。當前有各種程序可用于檢測植入前胚胎遺傳缺陷，但這些方法往往是侵入性的，需要從不斷生長的胚胎中取得一些細胞，且不能同時檢測與遺傳疾病相關的染色體異常和DNA序列變異。
研究人員近期開發了一些全基因組測序方法可同時檢測單個人類精子細胞中的兩種缺陷，但直到現在，還沒有類似的方法被應用于卵細胞，而卵細胞中的染色體異常相比于精細胞中要更為常見。在這項新研究中，任職于北京大學和哈佛大學的謝曉亮（Sunney Xie）教授，與北京大學的喬杰教授及湯富酬(Fuchou Tang)研究員，開發了一種測序極體（polar bodies）全基因組的方法。雌性生殖細胞形成過程中經過兩次乘數分裂，形成一個大型的單倍體卵細胞和2-3個小型的細胞，這些小型的細胞就稱為極體。由于極體對于人類胚胎發育可有可無，可以安全地移除它們而不會損傷胚胎。