极其详尽的胚胎图可绘制每个细胞的发育情况

对青蛙和鱼类中成千上万个单个细胞进行艰苦的基因组分析，得出了最详细的路线图，但仍绘制了从单个细胞到完整形成的生物的胚胎历程。

马萨诸塞州波士顿市哈佛医学院的系统生物学家肖恩·麦格森说，研究结果描绘了一种比许多教科书所描述的发展模式更加流畅的发展模式。他说：“事情在不同的时间发生，有时比我们所欣赏的要快。”“这里通常是更多的细胞状态的连续体。”

Megason等人在4月26日发表在《科学》 1,2,3上的三篇论文中对这项工作进行了描述，该研究将帮助研究人员追踪关键的发育阶段，并揭示导致某些条件（例如自闭症或癌症）的过程。斯德哥尔摩卡罗林斯卡研究所的神经学家Sten Linnarsson说，三分之一的神经系统疾病是在发育过程中首先出现的。“它们可能很早就发生了。”？/ p>

研究人员试图创建这样的基因表达图谱，但是多年来，他们只能专注于单个基因或少数细胞。现在，DNA测序和计算机算法的技术进步使科学家能够分析单个细胞中数千种基因的表达。这激起了将这些技术应用于发育生物学的冲动。例如，去年七月，位于华盛顿州西雅图市的一项研究计划Paul G. Allen Frontiers Group宣布，它将在四年内向利用此类方法创建细胞发育图谱的项目提供1000万美元。

哈佛医学院的系统生物学家Allon Klein在2012年首次开始研究从单个细胞中测序RNA的方法时，就想制作出这类详细的地图。他说，但当时他们被认为是不可能的。“现在的景观与我们开始时的景观完全不同。”

灵活的命运

为了进行最新研究，由克莱因和同样是哈佛医学院的系统生物学家马克·科希纳（Marc Kirschner）领导的小组分析了17个小时的发育过程中从爪状蛙胚胎（热带爪蟾）中提取的近14万个细胞中的每一个的基因表达1。克莱因还与Megason等人合作，在一天的过程2中绘制了从斑马鱼（Danio rerio）胚胎收集的92,000个细胞中的基因表达图谱-足够长的时间使它们从单个细胞发育成心脏跳动的胚胎。

麻省理工学院和哈佛大学计算生物学家Aviv Regev和哈佛大学发育生物学家Alexander Schier组成的第三支研究小组，在马萨诸塞州剑桥市，在发育的前12小时内分析了近39,000个来自斑马鱼胚胎的细胞3。

随着时间的推移，随着胚胎的发展，研究人员可以观察到细胞扮演着特殊的角色，例如变成神经组织或皮肤。席尔说，有时似乎注定要命运的细胞被导向另一命运，这可能是因为它们在胚胎中的位置。

他说：“细胞比我们想象的还要可塑。”“对于小区而言，他沿着一条路径走，然后切换并沿着另一条路径走，这实际上是很普遍的。”

分支出来

研究人员将他们的图谱存储到数据库中，其他人可以搜索这些数据库以发现任何基因在哪里表达以及在什么发育阶段表达。加州大学欧文分校的发育生物学家托马斯·席林（Thomas Schilling）希望从数据中获取有关神经rest发育信息的信息，神经c是一种在脊椎动物中发现的结构，其产生许多细胞类型，包括一些脑细胞。他说：“他对何时为不同命运指定细胞并寻找过渡状态感兴趣。”他补充说，他的实验室可能会考虑类似的实验，其重点是神经-的发育。

现在已经开发了技术和算法，克莱因希望将这些方法应用于各种生物，以了解有关进化如何影响发育的更多信息。他说，起初，他的团队专注于脊椎动物，因为它们在进化上接近人类。现在，他希望研究人员能够研究更远的亲戚，包括像长矛和橡子虫这样的无脊椎动物，以了解脊髓的进化。他说：“了解进化是如何调节发育基因表达动力学来创建每种新的细胞类型和器官的，将令人着迷。”