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在一项新的研究中
，来自美国华盛顿大学的研究职员开发出一种手艺
，可以定量确定斑马鱼胚胎中爆发的基因活性转变
，这些转变是对要害基因的特定编辑做出的反应。这种要领可以定量确定命千个胚胎中数百万个细胞在发育历程中的基因活性和遗传变异的影响。相关研究效果于2023年11月15日在线揭晓在Nature期刊上
，论文问题为“Embryo-scale reverse genetics at single-cell resolution”。

这些作者说
，这一希望将加速对正常胚胎发育的研究
，并增进对特定基因突变怎样影响整个胚胎中的细胞并导致疾病的明确。

论文配合第一作者Lauren Saunders说
，“现在我们可以使用斑马鱼来确定特定基因的缺失怎样影响生物体内的所有细胞。这项新研究提供了关于基因施展什么作用和在那里施展作用的主要线索
，也许有一天会显示差别的疗法怎样可能预防或治疗相关的遗传疾病。”

以前的研究曾绘制过斑马鱼胚胎细胞基因表达差别图谱
，可是这些图谱没有展现单个胚胎之间的基因表达差别。这些早期的图谱还缺乏中后期胚胎爆发时期的细密时间点。别的
，已往的研究效果仅代表了野生型生物或一些基因扰动在单个时间点的的基因表达谱。

在这项新的研究中
，这些作者标记了1800多个胚胎的转录组。然后
，他们通过在胚胎发育历程中的 19 个时间点取样
，追踪每种细胞类型随时间爆发的转变。他们还引入了23种差别的基因扰动
，从而可以看到每种突变怎样随着时间的推移影响生物体内所有细胞类型的基因表达和细胞发育。

为了追踪哪些细胞来自哪些胚胎
，这些作者使用了一种名为sci-Plex的手艺
，这种手艺是由华盛顿大学医学院基因组科学副教授Cole Trapnell实验室和华盛顿大学医学院基因组科学教授Jay Shendure实验室开发的。

使用这种手艺
，这些作者首先用较短的DNA 分子标记每个胚胎的细胞核
，每个胚胎都携带一种奇异的序列。这些序列就像一个条形码
，让他们能够识别哪个细胞来自哪个胚胎。通过这种要领
，他们追踪了他们剖析的300 多万个细胞。

为了确定每种细胞类型中哪些基因处于活跃状态
，他们使用了这样一个事实：当一个基因处于活跃状态时
，它的DNA 中编码的遗传指令必需首先被复制到一种叫做信使 RNA（mRNA）的相关分子中。然后
，细胞以 mRNA 编码的指令为蓝本
，合成该基因编码的卵白。当一个基因活跃时
，它的mRNA 水平会在细胞内上升；当它不活跃时
，它的mRNA 水平较低或不保存。因此
，mRNA 水平能告诉你一个基因何时“开启”或“关闭”。

使用寡核苷酸散列法网络个体区分的单细胞斑马鱼图谱。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06720-2。

由于每种细胞类型都有差别的功效和差别的基因表达特征
，因此仅通过丈量 mRNA 就能确定哪些细胞代表差别的细胞类型。因此
，这些作者不但可以定量确定基因表达怎样随基因扰动而转变
，还可以定量确定胚胎中某些细胞群体是增添了照旧镌汰了。

Saunders说
，这些发明将扩展有关正常和异常胚胎发育的知识
，并增进对动物和人类进化的相识。

这些作者发明
，细胞的胚胎起源、最终效果及其基因表达谱之间保存一些令人惊讶的关系。通过研究对脊索（notochord）发育很是主要的基因
，他们发明
，具有类似脊索的基因表达谱的细胞反而是早期颅底软骨（skull base cartilage）。

Saunders说
，“在斑马鱼和人类中
，颅骨有两个胚胎起源。我们发明
，成为颅骨底部的细胞类似于脊索的细胞
，并不类似于包括面部在内的早期颅软骨的其他部分中的细胞。现在还不清晰前一个细胞群体是怎样进化的
，腾博会官网数据现在使我们能够就颅软骨天生细胞在脊椎动物进化历程中是怎样爆发的提出新的假设。”

参考资料：

Lauren M. Saunders et al. Embryo-scale reverse genetics at single-cell resolution. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06720-2.

Study details gene activity in cells of developing embryo

https://newsroom.uw.edu/news/study-details-gene-activity-cells-developing-embryo