“在过去的几年里，新的单细胞基因组学方法已经彻底改变了动物发育的研究，”默里说。“我们的研究利用了这一事实秀丽隐杆线虫胚胎是由已知的完全可复制的细胞分裂模式产生的极少数细胞。使用单细胞基因组学方法，我们能够从原肠胚形成(当有大约50个细胞存在时)到胚胎发生结束鉴定超过87%的胚胎细胞。”

秀丽隐杆线虫是一种体内只有558个细胞孵化的动物。在多细胞生物中，每个细胞都是由单个受精卵分裂而来，形成了一个“细胞谱系树”，显示了每个细胞的分裂历史，并描述了它们之间的关系，类似于家谱。获得诺贝尔奖的Sydney Brenner, H. Robert Horvitz和John Sulston研究出了细胞谱系树秀丽隐杆线虫40多年前，我向大家展示了秀丽隐杆线虫动物通过相同的细胞分裂模式发育。

为了进一步阐明发育过程，宾夕法尼亚大学和华盛顿大学的研究小组使用单细胞基因组学方法，通过测量单个细胞在发育过程中的转录组(细胞中的所有rna)，在分子水平上描述了发生的事情。这些方法使科学家能够确定在数万或数十万个细胞中哪些基因被表达或开启，并根据它们表达相似的基因子集来识别罕见的细胞类型。然而，在这些研究中，很难知道是否所有的细胞类型都被鉴定了，或者鉴定的细胞是如何通过细胞分裂相互关联的。

该研究的主要作者是华盛顿大学的研究生Jonathan Packer和宾夕法尼亚大学的Qin Zhu，他们开发了复杂的数据分析程序和算法，以追踪转录组的变化到细胞谱系树的时间序列，揭示了产生整个基因组所需的分子变化的详细动态秀丽隐杆线虫．

由此产生的数据集将成为数千个研究实验室的强大工具秀丽隐杆线虫作为一种模式生物，它加强了单独使用单细胞基因组学来推断其他物种细胞之间关系的局限性。

“宾夕法尼亚大学一直是单细胞基因组学的先驱之一，这确实有助于使这项工作成为可能，”金说。

这项研究有助于揭示细胞在发育过程中如何特化其功能的基本机制。例如，研究人员表明，具有非常不同谱系历史的细胞可以迅速收敛到相同的分子状态，这样它们就不能再被区分开来。研究人员还发现，在分化过程中，一些细胞的转录组发生了惊人的快速变化。

此外，这项工作将有助于再生医学和细胞工程的应用，如控制细胞分化过程涉及到使用患者自己的细胞进行治疗。

约翰·默里(John Murray)是宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的遗传学副教授。

Junhyong Kim是宾夕法尼亚大学艺术与科学学院Patricia M. Williams终身生物学教授。爱博网投领导者

除了Murray、Kim、Waterston、Packer和Zhu之外，该论文还由宾夕法尼亚大学的Priya Sivaramakrishnan、Elicia Preston、Hannah Dueck、Derek Stefanik和Kai Tan以及华盛顿大学的Chau Huynh和Cole Trapnell共同撰写。

该研究得到了美国国立卫生研究院(资助HG007355, GM072675, GM127093和HD085201)，宾夕法尼亚联邦和宾夕法尼亚大学单细胞生物学项目(由Kim和James Eberwine共同指导，宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院系统药理学和转化治疗学教授)的支持。爱博网投领导者