Science重磅：人类首次看到了胚胎发育的“高清”过程（附视频）

医疗健康 2018-05-02 14:50 来源：学术经纬

2018

05/02

14:50

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无论是简单如蠕虫，还是复杂如人类，所有的多细胞生物都有一个共同点——它们都从一个细胞发育而来。

稍微了解生物发育的人都知道，从受精卵到胚胎的发育过程堪称奇迹。它需要细胞不断进行分裂，从一到二，从二到四，从四到八……

非洲爪蟾的胚胎发育过程（图片来源：《科学》）

每一个新生成的细胞，都要在正确的时间，出现在正确的位置；每一个新生成的细胞，都要和自己的邻居紧密合作，执行精准的生理功能。

有人说，这是自然界最为精彩的一幕。但人类经过了几十年的探索，对胚胎发育的了解依然有限。

而哈佛大学与哈佛医学院的科研人员彻底改变了我们的认知。最近，他们的研究在线刊登在了《科学》杂志上。

不是一篇，而是三篇！

《科学》一下子发表了3篇研究（图片来源：《科学》）

这三篇研究都用到了一个关键的技术——单细胞测序。

我们知道，每一个细胞里都含有生物完整的基因组。但它们只会从中挑出一些关键基因来实现自己的功能。这有点像一座大楼的建造蓝图只有一张，但不同的建筑工人在建造不同的区域时，查询的是蓝图的不同部分。

常规的测序技术会把遗传信息一锅端，无法从杂乱无章的测序结果中找到洞见。

单细胞测序技术中用到的细胞分离手段（图片来源：《科学》）

而单细胞技术可以分离出单个细胞，对其中的遗传信息进行分析，知道哪些基因被开启，哪些基因被关闭。这就好像挨个询问建筑工人，而他们向你汇报自己的工作任务一般。

在非洲爪蟾和斑马鱼这两大重要的实验动物里，研究人员们从遗传角度，绘制出了它们的胚胎发育图谱。而每一个胚胎细胞里的基因表达情况，都指向了它们的发育方向。

我们能看到每一个细胞的发育方向（图片来源：《科学》）

分辨率达到单细胞级的研究，直接颠覆了我们的一些固有认知。譬如在过去，科学家们认为只要一个细胞认准了一条发育道路，就会耿直地走到底。但这几项研究表明，结果并非如此。一些细胞在发育过程中，基因活性会发生突然的改变，让这些细胞发育成其他的类型。

“（生物发育的）画卷比我们过去设想的要复杂得多。”一名研究负责人说道。

这充分体现了该结果的重要性。事实上，一些发育学家指出，单细胞里的基因表达情况，甚至可以作为“基因配方”，告诉我们只要激活哪些基因，就能发育成特定的细胞。这一前所未有的工具，对于生物学科研有着极大的重要性。

“过去我们只能看见群星，如今我们却已能仰望整片宇宙。”另一名研究负责人评论道。

参考资料：

[1] From One, Many

[2] Chronicling embryos, cell by cell, gene by gene

[3] The dynamics of gene expression in vertebrate embryogenesis at single-cell resolution

[4] Single-cell mapping of gene expression landscapes and lineage in the zebrafish embryo

[5] Single-cell reconstruction of developmental trajectories during zebrafish embryogenesis

来源：学术经纬

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