杭州華大生命科學(xué)研究院與南方科技大學(xué)創(chuàng)建了一個解碼動物發(fā)育過程的多模態(tài)數(shù)據(jù)集，生成了果蠅全發(fā)育周期的3D單細(xì)胞時空多組學(xué)圖譜，為生物發(fā)育提供了分子層面的參考，有望為發(fā)育缺陷及相關(guān)疾病機(jī)制研究奠定基礎(chǔ)。相關(guān)成果26日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》。

研究人員介紹，動物發(fā)育是基因與細(xì)胞在時空維度上精密協(xié)作的復(fù)雜過程。以果蠅為例，其發(fā)育的過程，大體需要經(jīng)過卵、幼蟲、蛹和成蟲4個階段。如果說這個成長過程，是一場精密編排的“生命舞臺劇”，那么每個細(xì)胞何時何地“登場”、如何變成特定的細(xì)胞類型，便都是由基因“劇本”調(diào)控的。

圖為果蠅發(fā)育的全景分子時鐘。（杭州華大生命科學(xué)研究院供圖）

研究團(tuán)隊基于華大自主研發(fā)技術(shù)，對果蠅胚胎每0.5至2小時、幼蟲及蛹期的各個關(guān)鍵階段進(jìn)行采樣，生成超過380萬個空間分辨的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，并利用“Spateo”算法工具重建出高精度3D模型，精準(zhǔn)解析組織形態(tài)與基因表達(dá)的空間動態(tài)。通過整合數(shù)據(jù)，進(jìn)一步構(gòu)建了果蠅胚胎發(fā)育的“分化軌跡地圖”，解析了細(xì)胞命運(yùn)決定的關(guān)鍵分子機(jī)制。

“研究發(fā)現(xiàn)，不同胚層的細(xì)胞會沿著特定路徑分化，轉(zhuǎn)錄因子就像‘導(dǎo)演’，通過激活或抑制基因，指揮細(xì)胞扮演特定角色。”文章共同第一作者、杭州華大生命科學(xué)研究院專項科學(xué)家王明月說，研究發(fā)現(xiàn)多個此前未被鑒定的轉(zhuǎn)錄因子，在神經(jīng)、腸道及內(nèi)分泌系統(tǒng)中可能起關(guān)鍵作用。

王明月表示，果蠅與人類共享約70%的疾病相關(guān)基因，理解其發(fā)育過程及基因調(diào)控機(jī)制，能夠幫助我們更好地探究生命發(fā)育等重要科學(xué)問題，并為人類發(fā)育疾病領(lǐng)域相關(guān)研究提供參考。

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