近期，國際Cell出版集團旗下學術期刊《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控與繁育國家重點實驗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”的學術論文。
人類早期胚胎發(fā)育雖然只有大約7天的時間，但是卻經歷了關鍵的分子事件，其中包括合子基因組激活（ZGA）和早期胚胎細胞的命運決定。伴隨測序技術的進步，單細胞測序技術可以有效地揭示早期胚胎發(fā)育的細胞命運決定的轉錄圖譜，但是單細胞轉錄組數據也存在許多問題，例如dropout事件（表達的基因未被檢測到），這使得差異分析方法在處理單細胞受到了限制。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胞轉錄組中得到兩個關鍵的基因集。通過比較先前研究中關鍵的基因來分析兩種方法的不同，POU5F1（OCT4）在細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趨勢發(fā)現，差異分析方法對于在多個時期高表達的基因會被排除，這對于胚胎發(fā)育中的細胞的異質性是十分不利的。此外，我們使用人工智能方法來對兩個基因集進行預測分類，結果表明使用F-score算法產生的基因集能夠準確預測早期胚胎的發(fā)育階段，并使用該分類器構建了第一個早期胚胎發(fā)育的預測網站（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克隆胚胎發(fā)育阻滯的關鍵分子標記識別問題，通過對單細胞轉錄組的比較分析發(fā)現，轉錄因子Id1、Pou6f1、Cited1、Zscan4c在NT正常胚胎中顯著表達。與僅在NT 2細胞中激活的多能性基因Ascl2相比，Nanog、Dppa2和Sall4在NT 2細胞和4細胞胚胎的正常發(fā)育中都有主要的表達波發(fā)生。此外，進一步證實Kdm4b/4d和Kdm5b分別為NT 2細胞和4細胞胚胎的關鍵標志物。組蛋白乙?；窴at8、Elp6和Eid1在NT 2細胞和4細胞胚胎中被共同激活，從而促進胚胎正常發(fā)育。另外Gadd45a作為一個關鍵的驅動因子通過與Tet1/2共同作用來提高NT重編程的效率。本研究為識別重編程驅動因子以提高SCNT重編程的效率提供了重要的理論基礎。
論文以內蒙古大學為唯一作者單位，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學院研究生梁鵬飛和李寒霜。該工作得到國家自然科學基金（61561036, 61702290）、內蒙古大學大學生創(chuàng)新訓練項目（201714298）、內蒙古自治區(qū)高等學校“青年科技英才支持計劃”（NJYT-18-B01）和內蒙古自治區(qū)"杰出青年"培育基金(2017JQ04)等項目的支持。
全文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2162253120300767
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2162253120300196
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