編輯丨王多魚

排版丨水成文

細(xì)胞多樣性不僅由轉(zhuǎn)錄組調(diào)控，還受到多層面的表觀基因組調(diào)控機(jī)制的影響，包括核小體占據(jù)、染色質(zhì)狀態(tài)和基因組三維結(jié)構(gòu)等。然而，長(zhǎng)期以來(lái)，這些不同層面的調(diào)控信息往往只能被分別測(cè)量，難以在同一細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)同步觀測(cè)，從而限制了我們對(duì)基因調(diào)控機(jī)制整體性和協(xié)調(diào)性的理解。

2026 年 4 月 1 日，北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心（BIOPIC）邢棟課題組在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表了題為：Gene regulatory landscape dissected by single-cell four-omics sequencing 的研究論文。

該研究開發(fā)了一種單細(xì)胞四組學(xué)測(cè)序技術(shù)——CHARM，首次實(shí)現(xiàn)了在同一細(xì)胞內(nèi)同步捕獲基因組三維空間結(jié)構(gòu)、染色質(zhì)可及性、組蛋白修飾和轉(zhuǎn)錄組四類關(guān)鍵組學(xué)信息，為系統(tǒng)解析基因表達(dá)調(diào)控邏輯提供了全新的整合性技術(shù)框架。

為全面理解多層面調(diào)控模式如何協(xié)同塑造細(xì)胞身份，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了單細(xì)胞四組學(xué)測(cè)序方法——CHARM（Chromatin accessibility and gene expression within the same cell），可在同一細(xì)胞內(nèi)并行分析基因組三維構(gòu)象、組蛋白修飾、染色質(zhì)可及性和基因表達(dá)。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)小鼠胚胎干細(xì)胞及大腦皮層組織應(yīng)用 CHARM，重建了整合性表觀基因組圖譜，揭示了染色質(zhì)可及性與組蛋白修飾在細(xì)胞周期中的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，以及調(diào)控元件在三維核空間的空間聚集特征。基于可解釋的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步以高精度識(shí)別出數(shù)千個(gè)增強(qiáng)子-啟動(dòng)子互作關(guān)系，這些互作以細(xì)胞類型及亞型特異性方式調(diào)控基因表達(dá)。

總的來(lái)說(shuō)，該研究構(gòu)建了能夠統(tǒng)一解析多層面表觀遺傳調(diào)控及其轉(zhuǎn)錄結(jié)果的實(shí)驗(yàn)與分析框架，憑借極高的單細(xì)胞信息密度，許多此前只能在群體層面討論的問題，首次得以在單細(xì)胞尺度上得到解析，為破譯復(fù)雜組織中異質(zhì)性細(xì)胞的調(diào)控圖譜提供了多功能平臺(tái)。

未來(lái)，將 CHARM 應(yīng)用于發(fā)育、衰老和疾病發(fā)生等過(guò)程的研究，有望為理解基因表達(dá)定量的調(diào)控規(guī)律、細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變的分子基礎(chǔ)以及非編碼遺傳變異的功能后果開辟了新路徑。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10322-z