NC | tRNA-seq应用：张云芳/张晓鸥/高亚威团队揭示小鼠早期胚胎发育中tRNA库与翻译效率协调机制

早期哺乳动物胚胎发育是从受精卵到囊胚的复杂过程，伴随着剧烈的表观遗传重编程和基因调控网络重构。母源到合子转换（MZT）是胚胎发育中的关键转折点，标志着胚胎基因表达控制的启动。

在此期间，母源mRNA的降解与合子mRNA的合成交替进行，伴随着翻译调控机制的动态演变。翻译调控涉及转录后修饰、核糖体结合及转运RNA（tRNA）解码能力的协同作用。

tRNA不仅是蛋白质合成的必需载体，其表达模式在不同组织和细胞类型中具有高度特异性，对翻译效率具有重要的调节作用。然而，目前对于哺乳动物早期胚胎中tRNA库的动态变化及其与翻译调控的协同关系，尚缺乏系统性的研究与认知。

2026年4月30日，同济大学张云芳、张晓鸥与高亚威团队合作在Nature Communications上发表了题为“Deciphering tRNA repertoires and translation coordination during mouse early embryogenesis by ORACLE-tRNAseq” 的研究论文。该研究开发了一种超低起始量的tRNA测序方法ORACLE-tRNAseq，并利用该技术首次绘制了小鼠早期胚胎发育过程中的tRNA动态图谱。

文章索引

【标题】Deciphering tRNA repertoires and translation coordination during mouse early embryogenesis by ORACLE-tRNAseq

【发表期刊】Nature Communications

【发表日期】2026年4月30日

【作者及团队】同济大学张云芳、张晓鸥和高亚威团队

【IF】15.7

研究结果

一、超低起始量tRNA测序方法的建立

研究建立了一种名为ORACLE-tRNAseq的单管、免连接测序方法，通过引入UMI技术，可从少至5个小鼠卵母细胞或胚胎中进行tRNA定量分析。

该方法与其他主流tRNA测序技术具有高度相关性，并通过Northern blot验证了其定量准确性。

二、ORACLE-tRNAseq揭示合子基因组激活前后阶段特异性的tRNA图谱

通过对卵母细胞至囊胚期的tRNA进行绝对定量，研究发现tRNA总量在L2C阶段下降后逐渐回升，并在囊胚期显著增加。

主成分分析和聚类分析揭示了母源和合子tRNA库之间存在显著差异，不同发育阶段具有独特的tRNA表达模式。

三、发现tRNA假基因在4细胞时期爆发性转录

研究首次发现一类tRNA假基因（tRXs）在胚胎中被活跃转录，尤其在4细胞时期出现表达高峰，而在肝脏等分化组织中则检测不到。

这些tRXs具有开放的染色质状态，但缺少CCA尾，表明它们可能不参与常规翻译，或具有非经典调控功能。

四、证实tRNA基因的转录激活与ZGA同步

整合多组学数据分析发现，tRNA基因位点的染色质开放性（NFR）和激活性组蛋白修饰（H3K4me3）信号从2细胞期开始出现，与合子基因组激活（ZGA）时间一致。

新生tRNA的转录同样在2细胞期后显著增加，表明合子tRNA的从头合成是ZGA后tRNA库变化的主要驱动力。

五、tRNA库与高翻译效率基因库的密码子使用表现出更强的协同性

然而，tRNA库与高翻译效率（TE）基因库的密码子使用偏好性表现出更强的协同性，远高于其与阶段特异性高表达基因的协同性。

六、tRNA库优先保障蛋白质合成机器的翻译

进一步分析显示，与全局基因或阶段特异性高表达基因相比，tRNA反密码子库与高翻译效率（TE）基因的密码子使用偏好性表现出更强的协同关系。

这种协同性暗示tRNA的供应被优化以适应一小部分被高效翻译的mRNA。

七、揭示了tRNA修饰的动态变化与相互作用

ORACLE-tRNAseq方法能够检测tRNA的修饰动态，结果显示多种tRNA修饰在ZGA期间发生动态变化。

此外，研究还利用该数据首次揭示了在特定tRNA分子上存在修饰间的协同或排斥作用，表明tRNA修饰在早期胚胎发育中受到精细调控。

总结

本文通过开发一种创新的超低起始量tRNA测序技术ORACLE-tRNAseq，首次系统揭示了小鼠早期胚胎发育过程中的tRNA表达谱、修饰动态及其转录调控机制。研究的核心发现是，胚胎tRNA库与高翻译效率基因库之间存在精密的翻译协调，这种机制优先保障了翻译机器自身的建立，为理解早期生命中翻译调控网络提供了全新视角和重要资源。