杭州華大生命科學研究院與南方科技大學創建了一個解碼動物發育過程的多模態數據集，生成了果蠅全發育周期的3D單細胞時空多組學圖譜，為生物發育提供了分子層面的參考，有望為發育缺陷及相關疾病機制研究奠定基礎。相關成果26日發表于國際學術期刊《細胞》。

　　研究人員介紹，動物發育是基因與細胞在時空維度上精密協作的復雜過程。以果蠅為例，其發育的過程，大體需要經過卵、幼蟲、蛹和成蟲4個階段。如果說這個成長過程，是一場精密編排的“生命舞臺劇”，那么每個細胞何時何地“登場”、如何變成特定的細胞類型，便都是由基因“劇本”調控的。

　　

　　圖為果蠅發育的全景分子時鐘。(杭州華大生命科學研究院供圖)

 

　　研究團隊基于華大自主研發技術，對果蠅胚胎每0.5至2小時、幼蟲及蛹期的各個關鍵階段進行采樣，生成超過380萬個空間分辨的單細胞轉錄組，并利用“Spateo”算法工具重建出高精度3D模型，精準解析組織形態與基因表達的空間動態。通過整合數據，進一步構建了果蠅胚胎發育的“分化軌跡地圖”，解析了細胞命運決定的關鍵分子機制。

　　“研究發現，不同胚層的細胞會沿著特定路徑分化，轉錄因子就像‘導演’，通過激活或抑制基因，指揮細胞扮演特定角色。”文章共同第一作者、杭州華大生命科學研究院專項科學家王明月說，研究發現多個此前未被鑒定的轉錄因子，在神經、腸道及內分泌系統中可能起關鍵作用。

　　王明月表示，果蠅與人類共享約70%的疾病相關基因，理解其發育過程及基因調控機制，能夠幫助我們更好地探究生命發育等重要科學問題，并為人類發育疾病領域相關研究提供參考。