个别发育是指受精卵经过细胞割裂、组织和器官形成，最终发育成个别的过程。其中，干细胞持续的自我更新和多谱系分化是组织器官形成和个别发育的基础。因而，干细胞命运决定的机造解读将有助于深刻理解器官产生和个别发育的生物学过程。
细胞沉编程是指在特定前提下将代表成体细胞“身份”的表观遗传记忆擦除，使之沉新获得多能干性的过程。经沉编程产生的诱导性多能干细胞（iPSC）在疾病的机造钻延注药物筛选和细胞移植医治等方面拥有辽阔的利用远景。
R-loop是一种特殊的染色质结构，由RNA:DNA杂合链和游离的单链DNA组成。R-loop在很多物种中守旧存在，且参加调控染色质建饰、DNA复造和基因表白等多种生物学过程。然而，R-loop在人类细胞命运决定（蕴含干细胞分化和沉编程）过程中的作用尚不明确。
北京功夫2020年7月7日晚23时，中国科学院动物钻研所刘光慧钻研组和曲静钻研组、清华大学孙前文钻研组、中国科学院北京基因组钻研所张维绮钻研组合作在Cell Reports杂志在线颁发题为“Genome-wide R-loop landscapes during cell differentiation and reprogramming”的钻研论文。
该钻研系统绘造了人类胚胎干细胞多谱系分化和细胞沉编程过程的全基因组R-loop图谱、转录图谱及多维表观遗传建饰图谱，初次揭示了R-loop在人类细胞命运决定过程中的作用，并提出R-loop可作为一种新型的表观遗传记忆阐扬职能。
为获得同基因型（isogenic）的钻研系统，钻研人员利用干细胞定向诱导分化系统，将人胚胎干细胞（hESC）定向分化为神经干细胞（hNSC）、间充质干细胞（hMSC）、血管内皮细胞（hVEC）和血管滑润肌细胞（hVSMC）等多谱系人类细胞。与此同时，钻研人员通过细胞沉编程技术将神经干细胞（hNSC）沉编程为诱导多能干细胞（hiPSC）。利用这些细胞模型，钻研人员绘造了多谱系人类细胞的DNA链特异性的全基因组R-loop图谱，并且成立了相应的转录组、染色质盛开性、DNA甲基化以及蕴含H3K27ac、H3K4me3、H3K36me3、H3K27me3等组蛋白建饰在内的一系列表观基因组图谱。
图. 人类干细胞多谱系分化和沉编程的多维表观遗传图谱钻研
钻研了局批注，人胚胎干细胞特异性富集的R-loop往往陪伴着多能干性基因（如OCT4和NANOG）的活跃转录；而在胚胎干细胞分化过程中，细胞类型特异性富集的R-loop与激活型组蛋白建饰共同参加调控了谱系特异性基因的表白。此表在特定谱系的分化细胞中，一部门R-loop与抑造型组蛋白建饰H3K27me3共同富集于多能干性基因和非指标谱系特异性基因的区域，提醒R-loop可能参加调控这些基因的寡言从而推进指标谱系基因的表白和特定谱系分化状态的维持。
而在神经干细胞沉编程为诱导多能干细胞的过程中，仅部门R-loop被沉塑回与胚胎干细胞类似的状态；与之相对，约莫三分之一的R-loop未被沉编程，而是作为亲本细胞一种特殊的“表观遗传记忆”大局持续存在；此表，沉编程过程中还会形成一部门异常的R-loop。这些未被沉编程和被异常沉编程的R-loop随着诱导多能干细胞的陆续传代逐步迷失，该过程可能与染色质状态的进一步沉构有关。
该钻研初次绘造了人类干细胞分化和沉编程有关的多谱系多维表观遗传图谱，提出R-loop可能介导了一种调控人类细胞命运决定的新型表观遗传机造，并作为一种全新的细胞表观遗传记忆阐扬职能。这些新发现不仅加深了有关领域对于细胞命运调控的意识以及对细胞表观遗传复杂性的理解，同时也提醒断根异常R-loop对于提高iPSC质量和安全性拥有沉要意思，对再生医学钻研拥有潜在价值。
该项钻研由中国科学院动物钻研所、中国科学院北京基因组钻研所、中国科学院生物物理钻研所、中国科学院干细胞与再生医学创新钻研院、清华大学、首都医科大学宣武医院等机构合作实现。
共同第一作者刘尊鹏（左），颜鹏泽（右）
中国科学院动物钻研所刘光慧钻研员和曲静钻研员、清华大学孙前文教授和中国科学院北京基因组钻研所张维绮钻研员为文章的共同通讯作者。中国科学院动物钻研所博士钻研生颜鹏泽和刘尊鹏为并列第一作者。中国科学院动物钻研所宋默识钻研员、王思副钻研员、中国科学院北京基因组钻研所任捷钻研员、慈维敏钻研员以及清华大学颉伟教授为本文的共同高级作者。
该钻研获得了国度科技部、国度天然科学基金委、中国科学院和北京市等项目赞助。
（李晨阳）
