從受精卵到完整的人體，我們的四肢是如何發(fā)育的？科學家利用單細胞技術找到了一些線索。1月7日，記者從中山大學獲悉，該校中山醫(yī)學院張宏波教授課題組發(fā)布了首個人類肢體發(fā)育單細胞時空圖譜，解析了胎兒四肢的細胞演變路徑和細胞空間位置決定過程。相關成果論文刊發(fā)于《自然》。
肢體建成的時空調節(jié)機制是一個經典的發(fā)育生物學難題。張宏波舉例說：“把雞胚胎里形成前肢的細胞團切下，移植到背部，竟然能夠長出完整的翅膀。去除成年蠑螈的腿，它能夠很快再生，即使在切除8到10次之后，依然能長出新的腿，且?guī)缀蹩床怀鰝?。然而，包括人在內，大多?shù)哺乳動物卻在進化過程中喪失了這種成年后的再生能力?！?/p>
在細胞命運決定這個問題上，過去，科學家往往只能追蹤某一種細胞的發(fā)育路徑，最多同時追蹤兩到三種細胞的發(fā)育路徑，無法看到所有細胞的命運是如何演化的。而對于細胞的空間位置決定，科學家通過對胚胎做切片，進行單一或少數(shù)細胞染色，了解到的基因數(shù)量十分有限。
單細胞轉錄組技術和單細胞空間轉錄組技術的發(fā)展，使得探秘細胞演化過程成為可能。
張宏波研究團隊從第五周初到第九周胚胎連續(xù)取樣，獲得超過10萬個細胞，每個細胞約2000個基因，通過計算分析，團隊率先構建起精細的、包含所有細胞類型的人類四肢發(fā)育單細胞圖譜。通過團隊自主研發(fā)的單細胞數(shù)據(jù)分析工具——DEAPLOG，他們還能夠更好地找到每一個細胞的特征，尋找到關鍵基因，并將這些基因錨定到細胞演變的路徑上。有了這些信息，團隊能夠進一步通過實驗驗證哪些基因導致了細胞命運的歧化。
論文共同第一作者、張宏波團隊博士后張寶介紹，利用這一圖譜，能夠直觀地追蹤特定時間和區(qū)域產生的細胞類型，鑒定到全新的細胞類型，并且可以刻畫不同種類細胞激活的關鍵基因。
“當這些基因的表達不遵循既定模式，而又行使關鍵調控作用時，就可能導致特殊的發(fā)育表型，比如短指和多指等發(fā)育異常的現(xiàn)象。”張寶說。
（記者龍躍梅 通訊員朱嘉豪 李建平）