Nature:单细胞RNA测序解析小鼠胚胎发育过程

英国的研究人员利用单细胞RNA测序技术,解析了小鼠胚胎是如何从一团分散的细胞转变成一个小型结构化的实体的。由欧洲生物信息研究所(EMBL-EBI)和维康信托基金-医学研究委员会剑桥干细胞研究中心进行的这项研究近日发表在《Nature》上。

添加时间:2016-07-13

详细介绍

     英国的研究人员利用单细胞RNA测序技术,解析了小鼠胚胎是如何从一团分散的细胞转变成一个小型结构化的实体的。由欧洲生物信息研究所(EMBL-EBI)和维康信托基金-医学研究委员会剑桥干细胞研究中心进行的这项研究近日发表在《Nature》上。


      文章通讯作者、维康信托基金-医学研究委员会剑桥干细胞研究中心的Bertie Göttgens说,“如果我们想更好地了解自然界,一个最基础的问题就是,动物是如何发育的?”


      文章另一位通讯作者、EMBL-EBI、维康信托基金会桑格研究所和剑桥大学的John Maironi说,“由于原肠期胚胎细胞的数量非常有限,所以到目前为止发育过程的分子机制很难解析。单细胞测序的出现,让我们有机会直接观察,发育最早期阶段发生了什么。”


      Maironi还说,“我们可以观察到每个细胞,并且检测到发育阶段的所有活性基因,而这些以目前的方法是很难达到的。”


构建健康哺乳动物早期胚胎的基因表达图谱

      研究人员分析了1205个细胞,来自胚胎期第6.5天(E6.5)的早期原肠胚形成时期到E7.75的原始血细胞产生时期。他们从CD1小鼠体内收集胚胎样本,利用Illumina DNA prep kit准备样本进行测序,利用Illumina HiSeq 2000进行单细胞RNA测序。


      MaironGöttgens等人利用发表过的方法确认了他们的数据都是高质量数据,并且对从E6.5的胚胎远端部分获取的细胞进行测序,获得了501个单细胞转录组。利用这些转录组数据,研究人员鉴定出2085个基因,这些基因在1205个细胞中的异源表达比他们预期中的要更多。


      然后研究人员利用基因敲除小鼠研究了Tal1的功能,Tal1是一个关键的造血转录因子。与以往的回顾性分析不同,他们发现Tal1敲除并没有立即促使前体细胞发育成心肌细胞。


      Maironi说,“这并不是我们期望的。健康胚胎中应该发育成为血细胞的细胞,在缺少关键基因的胚胎中实际上会出现发育方向混乱的问题。这些发现令人兴奋的地方在于,它证明了我们可以通过观察极少量的细胞,来了解它们是如何在精确的时间点进行决策的。这些结果使我们对发育有了一种完全不同的理解。”


      研究人员还分析了T基因,该基因在新生原条(primitive streak)中发挥重要作用。T基因的表达与原肠胚形成的基因相关,包括Mixl1Mesp1基因。他们说,“与T基因负相关的基因在大多数外胚层细胞中持续表达,这表明原条外的细胞还没有确定的发育方向。”这与移植试验中外胚层细胞可塑性的观察结果一致。


      研究人员创建了一个在健康哺乳动物非常早期的发育阶段的基因表达图谱。Göttgens说,“很多问题,例如出生缺陷,都是由发育早期出现的问题造成的。当出现问题时,我们需要一个正常发育图谱作为对照。”


      研究小组相信,随着科技的进步,科学家们将可以在单细胞分辨率水平上解析表观遗传过程,在空间分辨率水平上匹配单细胞表达谱,那些在单细胞基因组学领域出现的巨大进步,将帮助我们更好地理解哺乳动物的早期发育过程。Göttgens说,“单细胞基因组学将改变我们对早期发育的理解,而这仅仅是一个开始。”

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