为了追踪细胞及其子代细胞如何随时间的推移而发生改变, 研究人员在部分斑马鱼胚胎的单细胞中引入了具有遗传指示作用的基因示踪物: 利用细胞注射的方法将许多特异的DNA小片段注入细胞质中. 当细胞随着胚胎的发育而不断分裂时, 这些细胞条码将进入细胞核内并整合到染色体中. 实验结束后, 每一个谱系中的细胞中都会产生一个特定的细胞条码组合. 通过将组合细胞条码信息与基因表达模式结合起来, 研究人员就能够随着发育时间追踪细胞命运的变化从而发现单一的受精卵如何产生各种特定的细胞类型, 例如心脏、神经和皮肤. 而在对热带爪蟾的研究中,对来自受精后 5~22 h的10个胚胎期细胞进行了单细胞转录组测序。
 

他们的团队最终读取了137000个细胞的 mRNA. 基因的表达活性表明, 即使在青蛙胚胎似乎还处在一个未分化的细胞团时, 这个胚胎中的细胞就已经开始表现出他们终末分化细胞的特征, 就像一段尾芽中的细胞一样. Klein和 Megason团队的研究具有极大的挑战性, 因为脊椎动物的形态构成和发育过程更加复杂, 发育生物学家们已经对这两类脊椎动物进行了长达几十年的研究。
 

这在一定程度上证明了整个研究的难度和复杂性. 然而, 研究人员还是设法追踪到了成千上万个细胞及其子代细胞的新身份. 正如柏林医学系统生物学研究所的发育生物学家 Robert Zinzen所评价的, 这一研究成果确实让人震惊. 在这两项研究中, 研究人员均利用单细胞转录组测序技术对来自不同时期的胚胎细胞进行了分析, 记录了每个细胞中基因表达的特征, 并分别建立了斑马鱼和热带爪蟾胚胎期细胞的基因表达图谱。
 

在此基础上, 两个研究组分别利用每个单细胞中基因的表达规律模拟建立了细胞状态转变的过程. 在细胞谱系建立过程中, Wagner等人向斑马鱼胚胎中注入了可编辑的分子标签, 通过记录分子标签的特征构建了完整的细胞发育谱系. 而在对热带爪蟾的研究中, Briggs 等人利用转录因子的保守性, 分析了胚胎发育过程中不同谱系的形成过程. 这两篇文章为我们进一步研究更为复杂个体的胚胎发育以及器官形成提供了重要的方法学参考。
 

出自《利用单细胞测序技术追踪胚胎发育中细胞的演变过程》作者王萍。