首个人类肢体发育单细胞时空图谱发布

从受精卵到完整的人体，我们的四肢是如何发育的？科学家利用单细胞技术找到了一些线索。1月7日，记者从中山大学获悉，该校中山医学院张宏波教授课题组发布了首个人类肢体发育单细胞时空图谱，解析了胎儿四肢的细胞演变路径和细胞空间位置决定过程。相关成果论文刊发于《自然》。

肢体建成的时空调节机制是一个经典的发育生物学难题。张宏波举例说:“把鸡胚胎里形成前肢的细胞团切下，移植到背部，竟然能够长出完整的翅膀。去除成年蝾螈的腿，它能够很快再生，即使在切除8到10次之后，依然能长出新的腿，且几乎看不出伤痕。然而，包括人在内，大多数哺乳动物却在进化过程中丧失了这种成年后的再生能力。”

在细胞命运决定这个问题上，过去，科学家往往只能追踪某一种细胞的发育路径，最多同时追踪两到三种细胞的发育路径，无法看到所有细胞的命运是如何演化的。而对于细胞的空间位置决定，科学家通过对胚胎做切片，进行单一或少数细胞染色，了解到的基因数量十分有限。

单细胞转录组技术和单细胞空间转录组技术的发展，使得探秘细胞演化过程成为可能。

张宏波研究团队从第五周初到第九周胚胎连续取样，获得超过10万个细胞，每个细胞约2000个基因，通过计算分析，团队率先构建起精细的、包含所有细胞类型的人类四肢发育单细胞图谱。通过团队自主研发的单细胞数据分析工具——DEAPLOG，他们还能够更好地找到每一个细胞的特征，寻找到关键基因，并将这些基因锚定到细胞演变的路径上。有了这些信息，团队能够进一步通过实验验证哪些基因导致了细胞命运的歧化。

论文共同第一作者、张宏波团队博士后张宝介绍，利用这一图谱，能够直观地追踪特定时间和区域产生的细胞类型，鉴定到全新的细胞类型，并且可以刻画不同种类细胞激活的关键基因。

“当这些基因的表达不遵循既定模式，而又行使关键调控作用时，就可能导致特殊的发育表型，比如短指和多指等发育异常的现象。”张宝说。