用单细胞测序技术和计算工具追踪胚胎的发育2021-09-30 09:51:06
由哈佛大学发育生物学家 Alexander Schier 领导的团队开发出了一套计算方法实现了在不断成熟的斑马鱼中细胞中对转录本变化的追踪. 研究者在早期胚胎发育的前9h中, 每隔45min进行一次取样并分析了每个细胞的mRNA. 通过鉴定完全分化细胞的基因表达特征, 以及分析与完全分化细胞在发育时间上最接近的胚胎中哪些细胞与完全分化细胞具有最相似的基因表达特征, 研究人员利用这套计算软件重建了每一个细胞的发育轨迹. 这套计算系统以此来反向推演至每一个胚胎时期, 直至系统发生537观点树的底部——那些处于正在形成中的, 未分化的细胞. 通过生物学重建的方法, 研究人员展现了从最初的单细胞胚胎逐步产生25种主要细胞类型的完整过程.过去的研究认为, 一旦细胞开始沿着将要形成的路径发育, 那么在这一发育过程中细胞就不会偏离这条既定的生长轨迹. 然而 Farrell 等人在研究中发现, 一些斑马鱼细胞在中途改变了发育轨迹形成了一种新的细胞, 这暗示了“真正的细胞发育谱系要比我们曾经认为的更加复杂”. 与前面两个团队的研究思路不同, Schier 团队的研究更加注重利用计算生物学的方法来构建胚胎发育过程. 在确定热带爪蟾胚胎发育过程中25种主要的细胞类型以及这些类型的细胞在发育轨迹中的位置后, 研究人员通过计算相邻发育时间点的细胞之间基因表达特征的相似性确定了不同细胞在发育过程中的先后关系.
同时, 研究人员在最后也利用荧光原位杂交的方法对部分结果进行了验证, 进一步证实了结论的可靠性. 这种利用计算的方法对数据进行挖掘同时结合染色验证的研究手段值得借鉴. 这3个团队的研究成果不仅展现了脊椎动物胚胎发育过程中细胞命运转变的过程, 也为干细胞科学家和组织工程学家提供了一本参考书. 充分理解胚胎发育过程中调控不同类型细胞形成的分子机理, 将对体外诱导培养形成不同类型的细胞以及器官类似物具有直接的指导作用.
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。
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