生命的起始，源于一枚受精卵。这枚看似简单的细胞，在短短几天内，会经历一场翻天覆地的变化：胚胎基因组激活（EGA）。这个过程就像启动胚胎发育的“总开关”，标志着生命蓝图从母源储备转向胚胎自身的遗传指令。然而，这个“开关”在不同物种中的启动时间和方式各有不同，其背后的精细调控机制一直是发育生物学的核心谜题。特别是，在如牛和人类等大型哺乳动物中，EGA的分子特征和关键调控因子尚待进一步阐明。
近日，浙江大学动物科技学院张坤课题组在PNAS发表题为《Species-specific roles of SP1 in bovine and human embryonic genome activation and early embryonic development》（SP1在牛和人类胚胎基因组激活及早期发育中的物种特异性作用）。研究团队通过前沿的单细胞测序技术，深入探究了牛和人类胚胎发育的早期事件。
研究首先描绘了牛胚胎发育早期的精细动态图谱。通过分析185个单细胞转录组，研究人员发现，牛胚胎的“主波”EGA并非同时发生，而是在8细胞期的卵裂球中呈现异步启动。这种异质性在16细胞期依然存在，这或许解释了为何许多牛胚胎在发育早期容易停滞。与此同时，通过全面的蛋白质组分析，研究者还发现了一个有趣的现象：在EGA发生前后，蛋白质的动态变化与转录本、翻译本的变化并非同步，而是表现出明显的延迟，暗示了胚胎发育过程中存在复杂的后调控机制。
基于此，研究团队将目光锁定在了一个名为SP1的转录因子。它在“次波”EGA阶段被激活，其结合基序在“主波”EGA阶段的开放染色质中高度富集。为了弄清SP1的确切功能，研究者分别在牛和人类胚胎中进行了基因敲低实验。结果令人惊讶：SP1缺失后，牛和人类的胚胎发育均会停滞在桑椹胚阶段，无法进一步形成囊胚，这表明SP1是跨物种保守的关键发育调控因子。然而，深层的机制却展现出物种特异性。
在牛胚胎中，SP1并非EGA的必要“总开关”。其缺失对EGA的影响较小，但会严重扰乱后续的谱系分化过程。通过CUT&Tag技术，研究者发现SP1通过调控染色质状态，直接激活了包括OCT4、TEAD3等在内的内细胞团和滋养层早期谱系基因的表达，从而确保胚胎从桑椹胚向囊胚的正常过渡。而在人类胚胎中，SP1则扮演着截然不同的角色。SP1的缺失会严重损害人类胚胎的EGA过程。它直接靶向并激活一系列关键的EGA基因，如TPRX1/2、DUXA等，这些基因正是启动人类胚胎自身转录程序的关键。
该研究由浙江大学动物科技学院张坤研究员牵头，联合中国科学技术大学附属第一医院罗磊博士（共同通讯作者）和浙江大学医学院附属邵逸夫医院赵盼盼博士（共同通讯作者）等共同完成，浙江大学动物科学学院硕士研究生金豪（已毕业）和博士研究生肖列英（已毕业）为共同第一作者。
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