《Cell》新研究：為了觀察胚胎發育，科學家製造了一個「虛擬胚胎」

2020-04-21 前瞻網
《Cell》新研究：為了觀察胚胎發育，科學家製造了一個「虛擬胚胎」

歐洲分子生物學實驗室EMBL Heidelberg和帕多瓦大學醫學院的研究人員首次完整描述了早期胚胎發育，包括胚胎中的每一個細胞。

這個「虛擬胚胎」將有助於回答有機體中不同類型的細胞是如何從單個卵細胞產生的。

研究結果發表在4月20日的《Cell》雜誌上。

「在胚胎發育過程中，一個只有一個細胞的卵細胞是如何產生許多不同的細胞類型的?這是生物學中最基本的問題之一，」皮埃爾·奈芙(Pierre Neveu)博士解釋道，他是EMBL Heidelberg的研究小組組長，他闡述了他和他的小組與Lars Hufnagel博士合作進行研究的基本原理。

雖然回答這個問題對於理解多細胞生物是如何形成的至關重要，但是在單細胞、全基因組和整個胚胎水平上研究驅動這種細胞多樣化的發育機制是一項具有挑戰性的任務。

「到目前為止，我們對基因表達程序缺乏全面的了解。

這些指導單個細胞形成形成胚胎所必需的不同細胞類型，」Hanna Sladitschek博士解釋道，她是這項研究的第一作者。

EMBL的研究人員通過構建海鞘( Phallusia mammillata)的「虛擬胚胎」解決了這個問題。海鞘是一種海洋生物，在地中海和大西洋都有發現。

之所以選擇該物種作為模型系統，是因為它與脊椎動物有關，而且每個個體都有相同數量的細胞，這使得從許多標本中收集觀察結果變得更容易。

這個虛擬胚胎描述了胚胎在發育早期的每個細胞分裂階段的每一個細胞的基因表達和形態，展示了從一個單細胞到64個細胞的進化過程。

在最初的七個細胞分裂之後，未來的神經索、大腦、生殖細胞、血細胞前體和肌肉的命運已經被確定了。

這使它成為胚胎早期發育的第一個完整描述，包括胚胎中的每一個細胞。它描述了基因表達(細胞的遺傳信息是如何表達和顯示的)和空間位置。

為了生成這個完整的圖譜，研究人員將高解析度的單細胞轉錄組學和光片成像技術結合起來。

Neveu說:「我們的模型顯示，通過分析單個細胞的基因表達，我們有可能知道它的位置和歷史。」

「此外，我們發現，雖然基因表達的調控在胚胎中是非常精確的，但發育時間的差異可以解釋單個胚胎之間觀察到的差異。」

雖然這項研究只研究了一種只有少量細胞的有機體，但未來有望拓展到哺乳動物身上。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

原文來源：

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200420125536.htm

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