《Cell》新研究：为了观察胚胎发育，科学家制造了一个“虚拟胚胎”

欧洲分子生物学实验室EMBL Heidelberg和帕多瓦大学医学院的研究人员首次完整描述了早期胚胎发育，包括胚胎中的每一个细胞。

这个“虚拟胚胎”将有助于回答有机体中不同类型的细胞是如何从单个卵细胞产生的。

研究结果发表在4月20日的《Cell》杂志上。

“在胚胎发育过程中，一个只有一个细胞的卵细胞是如何产生许多不同的细胞类型的?这是生物学中最基本的问题之一，”皮埃尔·奈芙(Pierre Neveu)博士解释道，他是EMBL Heidelberg的研究小组组长，他阐述了他和他的小组与Lars Hufnagel博士合作进行研究的基本原理。

虽然回答这个问题对于理解多细胞生物是如何形成的至关重要，但是在单细胞、全基因组和整个胚胎水平上研究驱动这种细胞多样化的发育机制是一项具有挑战性的任务。

“到目前为止，我们对基因表达程序缺乏全面的了解。

这些指导单个细胞形成形成胚胎所必需的不同细胞类型，”Hanna Sladitschek博士解释道，她是这项研究的第一作者。

EMBL的研究人员通过构建海鞘( Phallusia mammillata)的“虚拟胚胎”解决了这个问题。海鞘是一种海洋生物，在地中海和大西洋都有发现。

之所以选择该物种作为模型系统，是因为它与脊椎动物有关，而且每个个体都有相同数量的细胞，这使得从许多标本中收集观察结果变得更容易。

这个虚拟胚胎描述了胚胎在发育早期的每个细胞分裂阶段的每一个细胞的基因表达和形态，展示了从一个单细胞到64个细胞的进化过程。

在最初的七个细胞分裂之后，未来的神经索、大脑、生殖细胞、血细胞前体和肌肉的命运已经被确定了。

这使它成为胚胎早期发育的第一个完整描述，包括胚胎中的每一个细胞。它描述了基因表达(细胞的遗传信息是如何表达和显示的)和空间位置。

为了生成这个完整的图谱，研究人员将高分辨率的单细胞转录组学和光片成像技术结合起来。

Neveu说:“我们的模型显示，通过分析单个细胞的基因表达，我们有可能知道它的位置和历史。”

“此外，我们发现，虽然基因表达的调控在胚胎中是非常精确的，但发育时间的差异可以解释单个胚胎之间观察到的差异。”

虽然这项研究只研究了一种只有少量细胞的有机体，但未来有望拓展到哺乳动物身上。

编译：前瞻经济学人APP翻译组

原文来源：

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

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