編輯丨王多魚

排版丨水成文

細胞多樣性不僅由轉錄組調(diào)控，還受到多層面的表觀基因組調(diào)控機制的影響，包括核小體占據(jù)、染色質(zhì)狀態(tài)和基因組三維結構等。然而，長期以來，這些不同層面的調(diào)控信息往往只能被分別測量，難以在同一細胞中實現(xiàn)同步觀測，從而限制了我們對基因調(diào)控機制整體性和協(xié)調(diào)性的理解。

2026 年 4 月 1 日，北京大學生物醫(yī)學前沿創(chuàng)新中心（BIOPIC）邢棟課題組在國際頂尖學術期刊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)了一種單細胞四組學測序技術——CHARM，首次實現(xiàn)了在同一細胞內(nèi)同步捕獲基因組三維空間結構、染色質(zhì)可及性、組蛋白修飾和轉錄組四類關鍵組學信息，為系統(tǒng)解析基因表達調(diào)控邏輯提供了全新的整合性技術框架。

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

研究團隊通過對小鼠胚胎干細胞及大腦皮層組織應用 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胞周期中的動態(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?；诳山忉尩臋C器學習模型，研究團隊進一步以高精度識別出數(shù)千個增強子-啟動子互作關系，這些互作以細胞類型及亞型特異性方式調(diào)控基因表達。

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

未來，將 CHARM 應用于發(fā)育、衰老和疾病發(fā)生等過程的研究，有望為理解基因表達定量的調(diào)控規(guī)律、細胞命運轉變的分子基礎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