【深圳商报讯】动物发育是基因与细胞在时空维度上精密协作的复杂过程。以果蝇为例，其发育的过程，大体需要经过卵、幼虫、蛹和成虫4个阶段。如果说这个成长过程，是一场精密编排的“生命舞台剧”，那么每个细胞何时何地“登场”、如何变成特定的细胞类型，便都是由基因“剧本”调控的。但一直以来，科学家很难完全读懂发育时空动态背后的调控机制。
6月26日，杭州华大生命科学研究院联合南方科技大学，在国际顶级学术期刊《细胞》（Cell）发表突破性成果。研究团队通过华大时空组学技术Stereo-seq及多种单细胞组学测序技术，开创性地创建了一个解码动物发育过程的多模态数据集，生成了果蝇全发育周期的3D单细胞时空多组学图谱。该研究成果系统解析了果蝇细胞类型分化的时空动态与核心调控网络，为发育生物学研究提供了前所未有的分子层面参考，并为发育缺陷及相关疾病机制研究奠定了重要基础。
研究团队基于华大自主研发的时空组学技术Stereo-seq，搭配单细胞组学技术scRNA-seq和scATAC-seq，对果蝇胚胎每0.5-2小时、幼虫及蛹期的各个关键阶段进行采样，生成超过380万个具有空间分辨率的单细胞转录组，并利用Spateo算法重建出高精度3D模型，精准解析组织形态与基因表达的空间动态。这就像用一台超级“生命照相机”，给果蝇的整个发育过程拍摄了一部分辨率极高的3D电影，能够清楚地看到每个细胞在何时何地开启了哪些基因。
在这场果蝇发育的“生命舞台剧”中，细胞如何决定自己变成神经细胞还是肌肉细胞？研究团队通过整合数据，构建了果蝇胚胎发育的“分化轨迹地图”，解析了细胞命运决定的关键分子机制。
通过追踪“演员”的走位，研究发现不同胚层的细胞会沿着特定路径分化，而转录因子就像“导演”，通过激活或抑制基因，指挥细胞扮演特定角色。比如，研究发现多个此前未被鉴定的转录因子，在神经、肠道及内分泌系统中可能起关键作用。
在这份3D多组学图谱的基础上，研究团队通过整合分析，首次在单细胞水平揭示了果蝇组织分化起源的空间模式。
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