2 月 25 日消息，长期以来，科学界普遍认为，新受精卵内的 DNA 在最初阶段处于一种结构上的“空白状态”—— 松散而无序，只有在胚胎开始使用自身基因后，这种结构才会逐渐形成。
然而，2 月 24 日发表于《自然 · 遗传学》杂志的一项最新研究表明，基因组在生命最初的阶段远比人类此前想象的要更有组织性。
由 Juanma Vaquerizas 教授领导的研究团队开发出一种名为“Pico-C”的新方法，能够以前所未有的精细度检测基因组的 3D 结构。
借此，研究人员发现，早在基因组完全激活（即生物学上关键的“合子基因组激活”阶段）之前，一个错综复杂的 3D DNA 支架就已经开始构建。
据介绍，DNA 在三维空间中的折叠方式非常重要，因为它决定了发育过程中哪些基因可以被开启，从而确保细胞正常工作，并降低发育障碍和疾病的风险。
“我们过去常将基因组被激活前的那段时期视为一个混乱的阶段，”该研究的主要作者 Noura Maziak 解释道，“但通过比以往任何时候都更近距离的观察，我们发现那里实际上是一个高度有序的施工现场。在‘启动开关’被完全打开之前，基因组的支架就已经以精确的模块化方式搭建起来了。”
利用超灵敏的 Pico-C 技术，研究团队绘制了果蝇基因组在最早期的 3D 排列图谱。他们发现，DNA 并非随机折叠。相反，它形成了遵循模块化设计的环状结构，使得特定的调控信号能够控制基因组的不同区域。这种精心布置的结构确保了遗传指令能在准确的时间准备就绪并得以激活。
除了提供高清晰度的 DNA 形态 3D 图谱外，Pico-C 技术所需的样本量远少于传统方法 —— 大约仅需十分之一的材料。这一高效性为研究 DNA 折叠如何影响基因调控，以及这种架构的破坏如何导致疾病开辟了新的可能性。
尽管这一基因组“蓝图”首先在果蝇中被发现，但其意义直接延伸至人类生物学。在瑞士苏黎世联邦理工学院 Ulrike Kutay 教授及其同事领导、发表于《自然 · 细胞生物学》的一项姊妹研究中，研究人员将同样高分辨率的绘图方法应用于人类细胞。
他们研究了当稳定基因组 3D 结构的分子“锚点”被移除后会发生什么。结果影响巨大：当这个结构框架崩溃时，人类细胞会将这种破坏解读为遭受了病毒攻击。这一“假警报”会激活先天免疫系统，可能进而引发炎症和疾病。
“这两项研究共同讲述了一个完整的故事，”Juanma 教授表示，“第一项研究向我们展示了生命之初基因组的 3D 结构是如何被精心构建的；第二项研究则向我们揭示了，如果这种结构发生崩塌，将对人类健康带来灾难性的后果。”
附论文地址：
https://doi.org/10.1038/s41556-025-01822-7
