在一项具有里程碑意义的研究中，华盛顿大学和杰克逊实验室的研究人员详细描述了将单个受精细胞转变为活的复杂生物的一系列快速事件。本月在《自然》杂志上报道的这项工作不仅使团队能够探索哪些基因驱动数百种细胞类型的分化，而且还首次表明在一小时内基因活动立即发生非常快速的变化出生后，强调新生儿必须适应的速度。
JAX 研究科学家 Ian Welsh 博士表示：“单细胞数据集的规模非常庞大。”他与 JAX 副教授 Stephen Murray 博士一起拥有胚胎形态发生(胚胎形态发生)方面的关键专业知识。胚胎结构，如四肢和器官。他们共同设计了按发育阶段收集和精确组织样本的策略。
在小鼠中，从一个细胞到超过5亿个细胞的整个过程需要不到三周的时间。由华盛顿大学 Jay Shendure 博士领导的研究小组详细描述了这一过程，对 83 个胚胎的 1240 万个细胞的细胞核进行了分析，这些胚胎涵盖了从胚胎第八天到出生的产前发育过程。Shendure 和他的团队对每个细胞核中的信使 RNA 进行了测序，以识别表达基因的细胞以及它们的活跃程度，最终构建出从受精卵到出生的细胞类型关系树。
小鼠胚胎发育通常以卵子受精后 24 小时为增量进行研究。这项研究的一个雄心勃勃的目标是通过每隔两到六小时对胚胎进行分期来提高分析的分辨率。然而，使任务复杂化的是，妊娠时间与发育阶段并不严格相关，因为不同的胚胎在不同的时间达到发育里程碑，即使在同一窝胚胎中也是如此。
“我们对该项目的贡献在于样本采集的严格性，以及更重要的是，在‘绝对’发育时间内对样本进行精确的分期，”威尔士说。“想象一下，尝试通过将一堆单独的帧粘合在一起来重建一部故事片。你越准确地及时放置这些帧，你就能越准确地重建电影。”
在发育过程中，新细胞类型的形成大多是逐渐发生的，细胞在相邻时间点充分混合。一个令人惊讶的例外是从晚期胎儿到新生儿的过渡。某些细胞类型——肾脏细胞、棕色脂肪细胞和其他细胞——在出生后的一小时内显示出非常快速的遗传活动变化。这些发现强调了从胎盘生命到宫外生命的变化的严重性。
作为基础，研究结果为未来的研究指明了方向。例如，更好地了解产后适应功能及其快速使用的机制可能有助于解释剖腹产与阴道分娩的人类婴儿之间长期生理和健康结果的差异。理论上，扩展框架可以产生哺乳动物从受孕到死亡的整个生命周期的单细胞延时。
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