微不雅寰宇，粒粒齐奇
岂论是在DNA、卵白质等人命大分子中
如故在更幽微的原子、量子水平上
新的破损和发达束缚显现
今天凌晨
Nature官网发布多篇论文北京大学改日技巧学院何爱彬团队
北京大学物理学院孙庆丰团队
归并时间在Nature分歧发文
从不同的讨论视角揭示粒子的精巧
全新技巧
达成胚胎发育谱系跟踪
2月26日，北京大学何爱彬团队在《天然》（Nature）杂志在线发表了题为“Genome-coverage single-cell histone modifications for embryo lineage tracing ”（胚胎谱系跟踪的基因组遮盖单细胞组卵白修饰）的著述。该讨论征战了具有全基因组遮盖度的单细胞组卵白修饰检测新技巧TACIT和CoTACIT，初度构建了小鼠胚胎植入前团结时间多维组卵白修饰图谱，诞生了表不雅细胞谱系树。
“太极生两仪，两仪生四象”
恰似胚胎发育细胞交运决定：从单一受精卵肇始，阅历二细胞期、四细胞期的有序分裂，最终造成谱系分明的人命蓝图。在这个精妙的生物学“太极分化”过程中，表不雅遗传重编程之手，精密左右合子基因组激活（ZGA）、万能性督察与失去、细胞交运异质化、第一次细胞交运决定和细胞谱系造成等进度。
天然此前之前已有讨论诈欺极少细胞ChIP-seq技巧揭示了哺乳动物着床前胚胎细胞发生剧烈染色质状况——组卵白修饰重编程。但能否破损传统遗传谱系示踪和单细胞转录组等妙技不及之处，竖就地间分辨的单细胞全基因组精度、多模态组卵白修饰以剖析胚胎发育细胞谱系与要害表不雅基因组调控仍尚未可知。
在新讨论中，何爱彬团队阐述了胚胎从合子到囊胚阶段单细胞分辨率的表不雅基因组左右机制，精确笃定万能性界说的特征组卵白修饰与调控元件，并果决了调控万能性退出和第一次细胞交运预决定的要害转录因子及转座元件，为贯通早期胚胎发育分子与细胞调控提供了全景表不雅新视角。
技巧瓶颈新破损
传统单细胞组卵白修饰检测技巧受限于肇始样本量和分辨率，难以应用于低肇始量的早期胚胎样本。何爱彬团队征战的TACIT（Target Chromatin Indexing and Tagmentation）技巧，通过系列优化，包括甲醇固定、提高Protein A-Tn5转座酶活、单管反馈提神细胞与DNA丢失，从而将单细胞灵验读段数进步近50倍,达成早期胚胎单个细胞拿获读段数的中位数达492,556。且该技巧可适配低至20个细胞的肇始量，信号噪声比显赫优于现存步骤（包括团队之前征战的itChIP-seq和CoBATCH，以及Cut&Tag雷同步骤）。团队还进一步征战了单细胞表不雅多组学技巧CoTACIT（Combined assay of Target Chromatin Indexed and Tagmented），达成着床前胚胎归并细胞中多种组卵白修饰聚合检测。
通过TACIT和CoTACIT技巧，讨论者绘图了小鼠着床前胚胎3,749个细胞的全基因组六种组卵白修饰（H3K4me1、H3K4me3、H3K27ac、H3K36me3、H3K27me3和H3K9me3）和一种组卵白变体H2A.Z的动态染色质修饰图谱，拿获了包含开动子、增强子、基因体、异染色质和组卵白变体的简直通盘功能调控元件。讨论者进一步以scRNA-seq数据为纽带整合了多模态组卵白修饰数据，借助ChromHMM分析框架，构建了小鼠早期胚胎染色质状况动态景不雅。
多模态整合分析经过图
寰宇上莫得两片雷同的叶子
同样，“寰宇上也莫得两个十足雷同的细胞”。即便在形态均质的二细胞胚胎阶段，表不雅遗传异质性已开动细胞交运决定的\"分水岭\"。讨论团队发现，在二细胞胚胎中H3K27ac等活性修饰已呈现显赫细胞间异质性。通过胚胎条形码TACIT技巧跟踪归并胚胎内两个细胞的表不雅特征，阐述约31%-45%的二细胞胚胎存在胚胎内表不雅互异。且这种异质性与ZGA激活程度密切关系。多模态分析末端自满，受精卵和ZGA激活程度低的二细胞（2cell_1）基因组中含有多价态染色质状况（同期结合六种组卵白修饰），而ZGA激活程度高的二细胞（2cell_2）中不存在。
进一气象，讨论者用多模态整合后的染色质状况信息界说细胞类型，以沟通细胞交运的表不雅孝敬。讨论者诈欺机器学习果决了2,583个万能性特征基因组区域，其中31%与已知万能性基因重复，41%富含转座元件（如MERVL），此后他们分析这些万能性特征基因组区域富集的转录因子基序，并通过CRISPRa实考据实，新发现CEBPG、LBX1和ESR1等转录因子可雷同胚胎干细胞向万能性状况退换。
除此以外，讨论者果决了ICM和TE特化关系的表不雅基因组调控区域，并告捷瞻望了囊胚阶段前细胞的ICM和TE谱系分化倾向性（图3）。siRNA实践考据筛选出之前未报谈与ICM和TE特化关系的转录因子：YY2、CEBPB、SMAD2和HNF4A调控ICM特征，而KLF6和HIF1A驱动TE分化。意旨的是，讨论者发现早期胚胎在四细胞时间就具有显然的谱系倾向。
谱系关系调控区域和转录因子
该讨论通过新技巧整合绘图了小鼠从合子到囊胚发育过程中包含六种组卵白修饰的时间分辨率的单细胞表不雅谱系树，揭示了胚胎里面细胞异质性产生以录取一次交运预决定的表不雅机制，为胚胎发育与细胞交运调控讨论提供了一个新范式。
该讨论不仅为早期胚胎发育机制提供了全新融会，关系讨论想路还可拓展至东谈主类疾病（如肿瘤异质性产生的表不雅机制）和再生医学界限。
北京大学改日技巧学院博士生刘敏、陈旭斌以及吉林大学第一病院岳晏竹西宾为论文共同第一作家。北京大学改日技巧学院，迪士尼彩乐园北京大学-清华大学人命科学聚聚合心，北京大学成都前沿交叉生物技巧讨论院和北京大学肿瘤病院何爱彬西宾为本文通信作家。清华大学人命科学学院张强锋西宾和团队博士讨论生田康和李雨哲对本讨论提供了撑捏和匡助。该讨论取得了科技部干细胞专项、国度天然科学基金委的和人命科学聚聚合心的撑捏。
东谈主造原子的轨谈杂化
北京大学物理学院量子材料科学中心孙庆丰教讲课题组《石墨烯东谈主造原子中的轨谈杂》一文发表于Nature
归并天，北京大学物理学院量子材料科学中心孙庆丰教讲课题组与北京师范大学物理与天文体院何林教讲课题组缜密互助，在《天然》（Nature）杂志发表以“Orbital hybridization in graphene-based artificial atoms”（石墨烯东谈主造原子中的轨谈杂化）为题的著述，初度在东谈主造原子中达成了轨谈杂化。
东谈主造寰宇的原子建筑师
天然界中的物资是由原子组成。在原子结合组成物资时，有两个至关进军过程：一是原子内发生轨谈杂化，二是原子间化学键造成。量子点也被称作主谈主造原子，其由于受限效应而造成不同轨谈的箝制态，与的确原子的轨谈尽头相似，被讨论东谈主员用来模拟的确原子的特征。
当今，东谈主造原子（即量子点）如故很好地模拟出的确原子间的化学键造成。包括孙庆丰课题组和何林课题组在内，讨论东谈主员通过量子点之间的耦合，如故在多样体系的量子点中达成了成键态、反键态等的确键态的对应。
比年来，孙庆丰课题组和何林课题组互助，在受限石墨烯体系取得了一系列进军效劳：在双层石墨烯量子点中，通过施加磁场雷同贝里相位团结变化和达成谷解放度的调控。在单层石墨烯中，通过应力引起的赝磁场和真磁场共同作用达成受限谷态调控。通过旋转非对称受限势引起不同角动量态间的散射，并结合贝里相位，达成谷间散射波前位错的单、双调控。在单层石墨烯量子点中发现了原子塌缩态和复书壁态的共存；更进一步，通过耦合两个量子点，提倡和达成原子塌缩态、分子塌缩态、到复书壁态的相互演化；以及团结调控两个量子点间的距离，从而系统地给出分子态特质。另外，在单个量子点中通过引入势垒也达成了分子态。
但是，原子组成物资的另一个要害过程——轨谈杂化却未始被东谈主造原子模拟出来。
东谈主造原子轨谈杂化的第一步
针对这一空缺，孙庆丰西宾组发展了东谈主造原子中轨谈杂化的表面，提倡东谈主造原子的各向异性势不错让其能量周边的不同轨谈受限态之间发生杂化。他们具体地指出，要是在石墨烯量子点中将圆局面场变形为椭圆局面场，轨谈量子数m=0的s轨谈和轨谈量子数m=2的d轨谈之间将会发生杂化，从头组合成两个新的杂化态。
上半部分：的确原子中的（a）未杂化的轨谈和（b）sp2轨谈杂化暗示图
1.暗影2件套，魔杖的DPS非常高，让周期性的暗影效果(可能为Dot)施加“黑暗蔓延”(Creeping Darkness)充能，最多叠5次，然后暗影直伤法术会引爆充能，每层造成45点伤害。副手属性一般，感觉比奥山的暗影力量宝典还差点，但2件套可让“黑暗蔓延”的伤害增加100%。
下半部分：东谈主造原子中的（c）圆局面场和（d）椭圆局面场暗示图
孙庆丰教讲课题组从剖析推导和数值策划两方面得到了杂化态的步地（θ形和倒θ形）。何林教讲课题组在实践上对多样卵形量子点中的受限态进行探伤，径直不雅测到轨谈杂化特征。
实践和表面相互印证，共同阐述了卵形石墨烯量子点中确乎发生了轨谈杂化。这种杂化是原子塌缩态和复书壁态之间的重组，杂化后的态同期包含原子塌缩态和复书壁态的身分。
尽管原子塌缩征象是量子电能源学中瞻望的进军征象，而复书壁效应是声学中的效应，二者被以为有十足不同的物理机理，但是这一责任揭示了两者之间的深远关系。此外，跟着量子点的形变缓缓增强，杂化强度缓缓提高，于是两个杂化态的能量缓缓劈开。这点从实践测量和表面策划方面都得到了阐述。
（a,b）数值策划的杂化态（θ形和倒θ形）
（c,d）实践不雅测到的杂化态
（e）杂化态随量子点形变增强而发生能量劈裂
北京大学物理学院量子材料科学中心2020级博士讨论生毛岳、北京师范大学博士讨论生任慧莹和周啸峰为著述的共同第一作家。北京大学孙庆丰西宾、北京师范大学何林西宾和北京师范大学博士后任雅宁为著述的共同通信作家。该责任的互助者还有北京大学博雅博士后庄钰晨、北京师范大学讨论生盛浩和肖云浩。该责任得到了国度重心研发筹备、国度天然科学基金、中国博士后科学基金会以及北京师范大学的经费撑捏。
开端 | 北京大学融媒体中心、北京大学科学讨论部