新研究精確描繪小鼠胚胎發育過程的表達譜

華盛頓大學和杰克森實驗室的研究人員近日完成了一項有里程碑意義的研究，他們詳細描繪了從單個受精細胞發育成復雜生物體的一系列事件。

這篇題為“A single-cell time-lapse of mouse prenatal development from gastrula to birth”的論文于2月發表在《Nature》雜志上。它不僅讓研究團隊能夠探索哪些基因驅動了數百種細胞類型的分化，還**表明，在新生兒出生后的一小時內，基因活性發生了迅速變化，凸顯了新生兒必須快速適應環境。

共同**作者、杰克森實驗室的科學家Ian Welsh博士表示：“單細胞數據集的規模非常龐大。” Welsh博士以及杰克森實驗室的副教授Stephen Murray博士在胚胎形態發生方面有著豐富的知識。他們共同設計了按發育階段來收集樣本的策略。

小鼠是一種出色的模型系統，它既有遺傳上的可操作性，又在進化上與人類有著密切的關系。小鼠的妊娠期僅為3周，從單細胞發育成5億多個細胞。在此期間，基因組精心安排了從受精卵到幼鼠的驚人轉變。

華盛頓大學Jay Shendure博士領導的研究團隊詳細描繪了這一過程的細節。他們對來自83個胚胎的1240萬個細胞核進行分析，這些胚胎覆蓋從胚胎后期（胚胎第8天）到出生（出生后第0天）的產前發育階段。

研究人員對每個細胞核中的mRNA進行測序，以確定細胞正在表達哪些基因以及這些基因的活性，最終構建出一棵從受精卵到出生的細胞類型關系樹。

小鼠胚胎發育通常是在卵子受精后以24小時為單位進行研究的。這項研究的與眾不同之處在于以2到6小時的時間間隔對胚胎進行精確分期，以此來提高分析的分辨率。然而，妊娠時間與發育階段并不嚴格相關，不同的胚胎在不同時間達到發育的里程碑，同一窩胚胎也是如此，這使得任務變得更加復雜。

Welsh博士稱：“我們對項目的貢獻在于嚴格的樣本采集，以及在‘絕對’發育時間內對樣本進行精確分期。試想一下，就像將每一幀單獨的畫面粘在一起，試圖構建出一部長篇電影。每一幀畫面的時間越準確，重建電影的過程就越準確。”

在發育過程中，新的細胞類型大多是逐漸形成的，相鄰時間點的細胞混合良好。讓人驚訝的是從晚期胎兒到新生兒的過渡。在出生后一小時內，某些細胞類型（如腎臟、棕色脂肪等）的基因活性迅速發生了變化。這些結果強調了哺乳動物胎兒成功過渡到子宮外生活必須經歷的巨大變化。

這些研究結果也為今后的研究指明了方向。例如，更好地了解嬰兒出生后的適應功能及其機制有助于解釋剖腹產和順產嬰兒在健康結局上的差異。研究人員希望將這一框架擴展到出生后的各個時間點，最終形成一幅哺乳動物從受孕到死亡的單細胞延時圖像。

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