杭州華大生命科學研究院與南方科技大學創(chuàng)建了一個解碼動物發(fā)育過程的多模態(tài)數據集，生成了果蠅全發(fā)育周期的3D單細胞時空多組學圖譜，為生物發(fā)育提供了分子層面的參考，有望為發(fā)育缺陷及相關疾病機制研究奠定基礎。相關成果26日發(fā)表于國際學術期刊《細胞》。

研究人員介紹，動物發(fā)育是基因與細胞在時空維度上精密協(xié)作的復雜過程。以果蠅為例，其發(fā)育的過程，大體需要經過卵、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”，那么每個細胞何時何地“登場”、如何變成特定的細胞類型，便都是由基因“劇本”調控的。

圖為果蠅發(fā)育的全景分子時鐘。（杭州華大生命科學研究院供圖）

研究團隊基于華大自主研發(fā)技術，對果蠅胚胎每0.5至2小時、幼蟲及蛹期的各個關鍵階段進行采樣，生成超過380萬個空間分辨的單細胞轉錄組，并利用“Spateo”算法工具重建出高精度3D模型，精準解析組織形態(tài)與基因表達的空間動態(tài)。通過整合數據，進一步構建了果蠅胚胎發(fā)育的“分化軌跡地圖”，解析了細胞命運決定的關鍵分子機制。

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

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

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