追踪斑马鱼每个细胞的起源

每一本生物教科书都指出，细胞是生命的基石。但是研究人员现在才开始了解它们的多样性。RNA测序等技术揭示了每个细胞中表达的基因。那么所有细胞可以使用相似的表达谱进行系统排列。“每当我们使用这种技术检查器官或有机体时，我们不仅会发现熟悉的细胞类型，还会发现未知和罕见的细胞类型，”MaxDelbrck定量发育生物学研究小组负责人简菲利普勇克博士说。亥姆霍兹联合会分子医学中心。"下一个问题很明显：这些不同类型的来源是什么？"勇克的团队正在《自然生物技术》杂志上发表论文。它描述了一种称为林奈的技术，这种技术使研究人员能够确定细胞类型和每个细胞的谱系。

容克说：“我们想了解生物体发育的灵活性。如果损伤发生在胚胎发育期间，例如，由于突变或环境影响，修复机制确保动物在以后看起来健康。只有每个细胞的谱系才能讲述真实的故事——损伤程度和修复机制。即使是成年斑马鱼的心脏，受伤后也能再生。"这是一个重复的生物发展过程还是新的东西？"容克很奇怪。"细胞会改变并承担其他任务吗？"然而，在其他情况下，缺失的细胞类型是特定疾病的原因。在未来，

快速修复会导致意外的疤痕。

这项技术基于DNA中的疤痕，其作用类似于条形码，从中可以确定每个细胞的谱系。尽管斑马鱼胚胎仍处于单细胞阶段，但勇克的团队注射了CRISPR-Cas9系统。在接下来的8个小时里，Cas9反复切掉了鱼绝对不需要的序列：红色荧光蛋白(RFP)的基因。胚胎的红光逐渐消失，DNA伤口上形成成千上万个不同的疤痕。“CRISPR总是在准确的位置切入。但在下一次细胞分裂之前，细胞修复时间不超过15分钟，”容克说。“修补必须快速完成，这样染色体片段才会粘在一起。这就是错误发生的地方。

虽然单细胞RNA测序按细胞类型绘制了成千上万个细胞，但scars显示细胞之间有数百万个连接。从这些混乱的数据中重建谱系树带来了各种挑战。有些疤痕特别容易出现。“这很危险，因为如果心脏和脑细胞产生了相同的疤痕序列，人们可能会错误地认为他们有共同的祖先，”容克说。所以一定要知道哪些序列不能相信，过滤掉。“此外，并不是所有的细胞疤痕都能被发现，”生物信息学家Bastiaan Spanjaard说，“这项研究的主要作者之一。”因此，我们开发了一种方法来填补数据中的空白，使我们能够建立一个谱系树。"

放大数据集

最终的结果是一个谱系树，其中的分支分裂成一个彩色的饼图。每个分区都是一个疤痕，饼图上的每种颜色都显示它出现在哪种细胞类型中。研究人员可以根据需要尽可能详细地放大超大型数据集的紧凑表示。

“例如，在心脏中，有两种几乎无法区分的细胞类型。但是谱系树显示它们的发展很早就分支到不同的方向，”容克说。“接下来，我们想知道这些细胞类型在鱼心脏中的位置。这通常表示它们首先服务的功能。”他的实验室继续使用斑马鱼作为模式生物，但勇克也看到了将这项技术应用于人体器官的巨大潜力。这将最终帮助我们了解患者的哪些突变会对细胞谱系树造成永久性损伤。

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