一個(gè)受精卵是如何從單細(xì)胞發(fā)育、分化為大量不同類型的細(xì)胞、組織和器官，最終構(gòu)成一個(gè)完整的生命體的，一直是發(fā)育生物學(xué)的基本問題和研究目標(biāo)。得益于近年來(lái)單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)和計(jì)算生物學(xué)的發(fā)展，以“DNA條形碼”為代表的譜系示蹤技術(shù)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，例如，發(fā)育生物學(xué)研究利用該技術(shù)明確了包括小鼠、斑馬魚、非洲爪蛙以及海鞘等多種生物的細(xì)胞發(fā)育譜系。文昌魚是介于無(wú)脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物之間的過渡型動(dòng)物，是最原始的脊索動(dòng)物（Chordate），也是探究脊椎動(dòng)物起源和演化的理想對(duì)象，在探索脊索動(dòng)物細(xì)胞命運(yùn)決定保守機(jī)制和進(jìn)化發(fā)育中具有重要地位。

 

　　近日，由中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所研究員毛炳宇團(tuán)隊(duì)牽頭，聯(lián)合中科院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院研究員張世華團(tuán)隊(duì)、廈門大學(xué)教授李光團(tuán)隊(duì)、華大基因以及福建師范大學(xué)等科研團(tuán)隊(duì)，在Cell Reports上，在線發(fā)表了題為Joint profiling of gene expression and chromatin accessibility of amphioxus development at single cell resolution的研究論文。該研究聯(lián)合Split-seq單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（snRNA-seq）和10× Genomics單細(xì)胞表觀組測(cè)序（scATAC-seq）技術(shù)，以單細(xì)胞分辨率繪制了文昌魚早期胚胎發(fā)育全細(xì)胞命運(yùn)圖譜、成體文昌魚各組織的單細(xì)胞基因表達(dá)圖譜和染色質(zhì)開放特性圖譜；分析了文昌魚胚胎各譜系分化過程中的基因轉(zhuǎn)錄動(dòng)態(tài)；運(yùn)用跨物種的整合分析，構(gòu)建了文昌魚胚胎各譜系分化過程中保守的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

 

　　該研究檢測(cè)了不同胚胎發(fā)育時(shí)期的文昌魚胚胎，超過十萬(wàn)個(gè)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，并系統(tǒng)性地繪制了文昌魚各胚層細(xì)胞分化路徑以及每個(gè)路徑中基因的表達(dá)變化。同時(shí)，該研究進(jìn)行了來(lái)自不同胚胎發(fā)育時(shí)期的文昌魚胚胎的單細(xì)胞表觀組測(cè)序，獲得數(shù)萬(wàn)個(gè)單細(xì)胞的表觀組數(shù)據(jù)；通過轉(zhuǎn)錄組和表觀組的整合分析，構(gòu)建了文昌魚胚胎譜系分化過程中的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算篩選并通過原位雜交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證到多個(gè)組織特異表達(dá)的新標(biāo)記基因。該研究構(gòu)建第一張文昌魚胚胎發(fā)育過程中的單細(xì)胞分辨率全細(xì)胞命運(yùn)圖譜，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對(duì)于剖析脊椎動(dòng)物各組織器官的演化具有重要意義。

 

　　研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)與昆明動(dòng)物所遺傳資源與進(jìn)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題等的支持。