研究人员提供了发育中的动物胚胎中每个细胞的分子图谱

在本周的科学论文中,宾夕法尼亚大学的研究人员报告了第一个详细的分子特征,描述了动物胚胎发育过程中每个细胞的变化。由佩雷尔曼医学院的…

在本周的科学论文中,宾夕法尼亚大学的研究人员报告了第一个详细的分子特征,描述了动物胚胎发育过程中每个细胞的变化。由佩雷尔曼医学院的John I. Murray,艺术与科学学院的Junhyong Kim和华盛顿大学的罗伯特沃特斯顿(UW)的实验室领导的这项工作,采用了单细胞新兴领域的最新技术。生物学在线虫Caenorhabditis elegans的胚胎中描绘超过80,000个细胞。

研究人员提供了发育中的动物胚胎中每个细胞的分子图谱

“过去几年,新的单细胞基因组学方法彻底改变了动物发育的研究,”默里说。“我们的研究利用了这样一个事实:秀丽隐杆线虫胚胎具有非常少量的细胞,这些细胞由已知且完全可重复的细胞分裂模式产生。使用单细胞基因组学方法,我们能够识别超过87%的胚胎细胞从原肠胚形成(当存在约50个细胞时)到胚胎发生结束。“

秀丽隐杆线虫是一种动物,其体内只有558个细胞。在多细胞生物体中,每个细胞都是通过单个受精卵的细胞分裂得到的,产生一个“细胞谱系树”,显示每个细胞的分裂历史,并描述它们之间的关系,类似于家谱。悉尼Brenner,H。Robert Horvitz和John Sulston的诺贝尔奖获奖作品在40多年前制定了秀丽隐杆线虫的细胞谱系树,并且表明每种秀丽隐杆线虫动物都是通过相同的细胞分裂模式发育的。

为了进一步阐明发育过程,Penn和UW团队通过使用单细胞基因组学方法测量发育过程中单个细胞的转录组 – 细胞中的所有RNA – 来分析在分子水平上发生的事情。这些方法使科学家能够确定在数十或数十万个细胞中表达或打开哪些基因,并根据基因相似亚群的表达鉴定稀有细胞类型。然而,在这些研究中很难知道是否已经鉴定了所有细胞类型,或者所鉴定的细胞如何通过细胞分裂彼此相关。

UW的主要作者,研究生Jonathan Packer和Penn的Qin Zhu开发了复杂的数据分析程序和算法,以追踪转录组中细胞谱系树中时间序列的变化,揭示生成细胞谱系所需的分子变化的详细动态。秀丽隐杆线虫的全身。

由此产生的数据集将成为研究秀丽隐杆线虫作为模式生物的数千个实验室的有力工具,并强化了单独使用单细胞基因组学推断其他物种细胞之间关系的局限性。

“Penn一直是单细胞基因组学的先驱之一,这真的有助于使这项工作成为可能,”金说。

该调查有助于揭示细胞在发育过程中如何专注于其功能的基本机制。例如,研究人员表明,具有不同谱系历史的细胞可以迅速收敛到相同的分子状态,从而无法再区分它们。研究人员还发现,在分化过程中,一些细胞的转录组发生了惊人的快速变化。

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