迄今为止最完整的胚胎发育单细胞图谱出炉

科学家以黑腹果蝇为模式生物，构建了迄今为止最完整、最详细的动物胚胎发育单细胞图谱。这项成果发表在最新一期的《科学》杂志上，利用了超过一百万个不同发育阶段的胚胎细胞数据，代表了多个层面的重大进展。它有助于科学家探索突变如何导致不同的发育缺陷，并了解人类基因组中与大多数疾病相关的突变的巨大非编码部分。

“通过拍摄胚胎生长的全过程，即各个阶段和所有细胞类型，我们可以对伴随发育的细胞状态和分子变化有更全面的了解。”领导这项研究的欧洲分子生物学实验室科学家艾琳弗隆(Irene Furlong)表示，他们可以利用深度学习获得驱动胚胎发育的分子变化的连续视图3354，精确到分钟。

胚胎发育始于卵子受精，随后是一系列的细胞分裂和分化，形成一个非常复杂的多细胞胚胎，能够移动、进食、感知并与环境互动。一百多年来，研究人员一直在研究这一胚胎发育过程。然而，由于采样、成本和技术方面的诸多挑战，几乎不可能以单细胞分辨率描述整个胚胎发育。

在这方面，黑腹果蝇是发育生物学、基因调控和染色质生物学中的模式生物。它的胚胎发育非常迅速，受精后仅20小时内，所有组织都已形成，包括脑、肠和心脏。

这项研究描述了近100万个细胞的开放染色质和50万个细胞的RNA，它们来自重叠的时间点，跨越了果蝇胚胎发育的全过程。通过机器学习神经网络，研究人员使用重叠的时间点，以更精细的分辨率预测每个细胞的精确发育时间。

研究人员表示，尽管收集的样本包含2或4小时时间窗口内年龄略有不同的胚胎，但他们的方法可以在几分钟内放大胚胎发育时间线的任何部分。

该研究可作为其他模型系统的框架。比如哺乳动物胚胎发育，体外细胞分化，甚至患病细胞的药物治疗等。采样时间的间隔可以被设计成以更高的分辨率进行最佳时间预测。