我国科研人员破译动物发育动态调控的“时空密码”

杭州华大生命科学研究院与南方科技大学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，为生物发育提供了分子层面的参考，有望为发育缺陷及相关疾病机制研究奠定基础。相关成果26日发表于国际学术期刊《细胞》。

研究人员介绍，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。

图为果蝇发育的全景分子时钟。（杭州华大生命科学研究院供图）

研究团队基于华大自主研发技术，对果蝇胚胎每0.5至2小时、幼虫及蛹期的各个关键阶段进行采样，生成超过380万个空间分辨的单细胞转录组，并利用“Spateo”算法工具重建出高精度3D模型，精准解析组织形态与基因表达的空间动态。通过整合数据，进一步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。

“研究发现，不同胚层的细胞会沿着特定路径分化，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。”文章共同第一作者、杭州华大生命科学研究院专项科学家王明月说，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。

王明月表示，果蝇与人类共享约70%的疾病相关基因，理解其发育过程及基因调控机制，能够帮助我们更好地探究生命发育等重要科学问题，并为人类发育疾病领域相关研究提供参考。（记者朱涵）