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？科学家们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，中山医学院张洪波教授研究小组发布了第一个人体发育单细胞时空图，分析了胎儿四肢的细胞进化路径和细胞空间位置的决定过程。相关成果论文发表在《自然》上。

肢体建成的时空调节机制是生物学发育的经典问题。例如张宏波说：“把鸡胚胎中形成前肢的细胞团切下来，移植到背部，可以长出完整的翅膀。去除成年蜥蜴的腿，它可以很快再生，即使在8到10次之后，它仍然可以长出新的腿，而且几乎没有疤痕。然而大多数哺乳动物，包括人类，在进化过程中失去了成年后的再生能力。”

在细胞命运决定的问题上，过去，科学家往往只能跟踪某个细胞的发育路径，最多同时跟踪两三个细胞的发育路径，看不到所有细胞的命运是如何进化的。至于细胞的空间位置，科学家们通过对胚胎进行单一或少数细胞染色，了解到的基因数量非常有限。

单细胞转录组技术和单细胞空间转录组技术的发展使探索细胞进化过程成为可能。

张宏波研究小组从第五周初到第九周连续取样胚胎，获得10多万个细胞，每个细胞约2000个基因。通过计算和分析，该团队率先构建了包括所有细胞类型在内的人类四肢发育的精细单细胞地图。通过团队自主开发的单细胞数据分析工具——DEAPLOG，它们还能更好地找到每个细胞的特征，找到关键基因，并将这些基因锚定到细胞进化的道路上。有了这些信息，团队可以进一步验证哪些基因导致细胞命运的歧化。

第一作者、张宏波团队博士后张宝介绍，利用这一地图，可以直观地跟踪特定时间和地区产生的细胞类型，识别新的细胞类型，描绘不同类型细胞激活的关键基因。

张宝说：“当这些基因的表达不遵循既定的模式，并发挥关键的调节作用时，可能会导致特殊的发育表型，如短指和多指。”。