近期，國(guó)際Cell出版集團(tuán)旗下學(xué)術(shù)期刊《Molecular Therapy-Nucleic Acids》（2019IF: 7.032）在線發(fā)表了我院省部共建草原家畜生殖調(diào)控與繁育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室左永春教授為通訊作者，題目為“Machine Learning of Single-cell Transcriptome Highly Identify mRNA Signature by Comparing F-score Selection with Differential Expression Analysis”的學(xué)術(shù)論文。
人類早期胚胎發(fā)育雖然只有大約7天的時(shí)間，但是卻經(jīng)歷了關(guān)鍵的分子事件，其中包括合子基因組激活（ZGA）和早期胚胎細(xì)胞的命運(yùn)決定。伴隨測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步，單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)可以有效地揭示早期胚胎發(fā)育的細(xì)胞命運(yùn)決定的轉(zhuǎn)錄圖譜，但是單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)也存在許多問題，例如dropout事件（表達(dá)的基因未被檢測(cè)到），這使得差異分析方法在處理單細(xì)胞受到了限制。本研究中通過使用F-score算法和差異分析方法（limma，edgeR和DESeq）在人類早期胚胎單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組中得到兩個(gè)關(guān)鍵的基因集。通過比較先前研究中關(guān)鍵的基因來分析兩種方法的不同，POU5F1（OCT4）在細(xì)胞多能性的獲得和維持中起到了重要的作用，但是在差異分析方法中卻被排除，而F-score算法卻可以獲得。我們通過研究基因的表達(dá)趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，差異分析方法對(duì)于在多個(gè)時(shí)期高表達(dá)的基因會(huì)被排除，這對(duì)于胚胎發(fā)育中的細(xì)胞的異質(zhì)性是十分不利的。此外，我們使用人工智能方法來對(duì)兩個(gè)基因集進(jìn)行預(yù)測(cè)分類，結(jié)果表明使用F-score算法產(chǎn)生的基因集能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)早期胚胎的發(fā)育階段，并使用該分類器構(gòu)建了第一個(gè)早期胚胎發(fā)育的預(yù)測(cè)網(wǎng)站（http://bioinfor.imu.edu.cn/empredictor/public/）。
在另外一篇論文中“A Comparative Analysis of Single-Cell Transcriptome Identifies Reprogramming Driver Factors for Efficiency Improvement”， 左永春教授課題組針對(duì)克隆胚胎發(fā)育阻滯的關(guān)鍵分子標(biāo)記識(shí)別問題，通過對(duì)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的比較分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子Id1、Pou6f1、Cited1、Zscan4c在NT正常胚胎中顯著表達(dá)。與僅在NT 2細(xì)胞中激活的多能性基因Ascl2相比，Nanog、Dppa2和Sall4在NT 2細(xì)胞和4細(xì)胞胚胎的正常發(fā)育中都有主要的表達(dá)波發(fā)生。此外，進(jìn)一步證實(shí)Kdm4b/4d和Kdm5b分別為NT 2細(xì)胞和4細(xì)胞胚胎的關(guān)鍵標(biāo)志物。組蛋白乙?；窴at8、Elp6和Eid1在NT 2細(xì)胞和4細(xì)胞胚胎中被共同激活，從而促進(jìn)胚胎正常發(fā)育。另外Gadd45a作為一個(gè)關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)因子通過與Tet1/2共同作用來提高NT重編程的效率。本研究為識(shí)別重編程驅(qū)動(dòng)因子以提高SCNT重編程的效率提供了重要的理論基礎(chǔ)。
論文以內(nèi)蒙古大學(xué)為唯一作者單位，左永春教授為通訊作者，兩篇論文的第一作者分別為我校生命科學(xué)學(xué)院研究生梁鵬飛和李寒霜。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金（61561036, 61702290）、內(nèi)蒙古大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（201714298）、內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)校“青年科技英才支持計(jì)劃”（NJYT-18-B01）和內(nèi)蒙古自治區(qū)"杰出青年"培育基金(2017JQ04)等項(xiàng)目的支持。
全文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2162253120300767
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2162253120300196
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