KK系列 Cell：单细胞图谱呈现斑马鱼发育的时空动态

发布日期：2024-10-30 23:14 点击次数：104

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好意思国旧金山陈-扎克伯格生物中心指引的商量团队近日绘画出斑马鱼胚胎发育的动态图谱。这份名为Zebrahub的图谱整合了单细胞测序的时辰程度数据和光片显微镜助力的谱系重建KK系列，有助于东说念主们长远了解斑马鱼的发育经由。

这项商量后果于2024年10月24日发表在《Cell》杂志上。它以可点击、可导航的形势呈现发育舆图，肖似于发育生物学中的谷歌舆图。

Zebrahub当今免费提供给商量东说念主员使用，包括专为生物学家缱绻的内置分析器具。商量东说念主员在论文中写说念，这个资源是当今最全面的图谱，朝着“始创发育和进化生物学的新期间”迈出了贫穷一步。

资深作家、陈-扎克伯格生物中心的Loïc Royer博士评述说念：“生命体奈何从单细胞发育成通盘这个词身段，这是生物学最大的谜团之一。通过Zebrahub，咱们绘画出有史以来最详备描绘这还是由的舆图。”

斑马鱼是一种原产于南亚的淡水物种，成年斑马鱼的体长很少特出两英寸。一直以来，斑马鱼皆被用于与东说念主类健康干系的发育商量。梗概70%的东说念主类基因在斑马鱼中皆能找到对应物，并且身段各部分的发育经由大致换取。

最贫穷的是，斑马鱼胚胎基本上是透明的，并且与小鼠不同，胚胎在母体外发育，因此科学家不错在显微镜下仔细不雅察它们的早期助长经由。不外，即使有了这么弥远的模子，发育生物学商量也照旧星星点点地开展的，当今还莫得一个系统来洽商举座发育经由。

陈-扎克伯格生物中心的商量东说念主员但愿通过Zebrahub来蜕变这种景况，让东说念主们从一份图谱中松驰赢得各个经由的信息。此外，Zebrahub还初度提供了单个胚胎特有的基因抒发数据，这么有助于相比导致不同健康驱散的轻细抒发相反。

Zebrahub特有两个主要数据集。第一个数据集提供了延时视频，透露受精后24小时内斑马鱼胚胎中大多半细胞的产生和畅通，在此期间器官启动变成。第二个数据集则提供了率先10天内10个不同期间点的数据，透露斑马鱼细胞中的哪些基因处于活跃状态。

“咱们将单个斑马鱼胚胎的光片显微镜驱散与scRNA-seq数据衔接合，以时空辩别率构建了一份细胞谱系和分子状态的多模态图谱，”商量东说念主员解说说。“通过整合成像和测序数据集，咱们将两种模态的上风连合在一说念。”

为了制作延时视频，陈-扎克伯格生物中心的科学家和工程师缱绻并制作了一台名为“DaXi”的自动显微镜，它有着大的视场，简略捕捉通盘这个词活体胚胎的图像。这种光片显微镜以一种专有的形势辐照和捕捉光芒，尽量保护胚胎免受高强度激光束的伤害。

商量东说念主员指出：“为了对速即发育的胚胎中的细胞畅通进行成像和精确追踪，咱们遴荐了一种单想法的光片显微镜（DaXi），它简略在大体积（> 1 mm3）范畴内进行高辩别率成像，而无需耗时的样本制备经由。”

然后，为了让科学家们简略松驰地使用视频来商量特定细胞，软件工程师Jordão Bragantini博士教唆团队配置了一个名为Ultrack的才能，它简略自动识别细胞核并在三维空间中追踪它们在视频中的畅通。

“咱们使用了基于深度学习的细胞核分割算法和细胞追踪算法（Ultrack），从单细胞轨迹中重建高辩别率的气运舆图，”他们谈说念。这些器具生成的数据集让商量东说念主员简略进行假造实际，查验细胞在发育经由中的发轫和特殊，致使模拟它们的发育轨迹。

在配置经由中，商量团队收成了一些意旨的发现。举例，他们不雅察到胚胎尾部的一个细胞亚群——神经中胚层祖细胞（NMP），夙昔的商量以为这些细胞只可产生一种类型的组织。关联词，当商量东说念主员分析细胞的畅通和扩增时，他们意志到这些细胞同期发育成肌肉细胞和神经元，并整合到脊髓中。

商量东说念主员默示：“Zebrahub的数据集和时期组合有助于完善咱们对谱系的知道，协助讲述筹商细胞气畅通态的更讲究问题……除了NMP，这一资源还将揭示其他贫穷的发育经由。Zebrahub有望膨大到更多的发育阶段和多组学数据集，最终齐全多个胚胎的数字谱系重建。”

Zebrahub也维持了其他实际室的商量使命。阿什兰大学和纽约州立大学的商量东说念主员将Zebrahub与他们我方的细胞图谱衔接合，以商量哪些卵白质可能与白内障的变成筹商。为此，他们诈欺Zebrahub的基因抒发数据库，搜检晶状体细胞中与疾病干系的基缘何时激活或失活。

阿什兰大学的生物学教化Mason Posner博士称：“斑马鱼确实很小，咱们很难把晶状体剥离出来，以了解哪些基因在这个区域起作用。Zebrahub为咱们完成了这项使命，让咱们不错长远了解，比如说，这种组织奈何变得透明并施展功能。”