深圳新聞網(wǎng)2025年6月28日訊（深圳商報(bào)首席記者 袁靜嫻）動(dòng)物發(fā)育是基因與細(xì)胞在時(shí)空維度上精密協(xié)作的復(fù)雜過(guò)程。以果蠅為例，其發(fā)育的過(guò)程，大體需要經(jīng)過(guò)卵、幼蟲(chóng)、蛹和成蟲(chóng)4個(gè)階段。如果說(shuō)這個(gè)成長(zhǎng)過(guò)程，是一場(chǎng)精密編排的“生命舞臺(tái)劇”，那么每個(gè)細(xì)胞何時(shí)何地“登場(chǎng)”、如何變成特定的細(xì)胞類型，便都是由基因“劇本”調(diào)控的。但一直以來(lái)，科學(xué)家很難完全讀懂發(fā)育時(shí)空動(dòng)態(tài)背后的調(diào)控機(jī)制。
6月26日，杭州華大生命科學(xué)研究院聯(lián)合南方科技大學(xué)，在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）發(fā)表突破性成果。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)華大時(shí)空組學(xué)技術(shù)Stereo-seq及多種單細(xì)胞組學(xué)測(cè)序技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)性地創(chuàng)建了一個(gè)解碼動(dòng)物發(fā)育過(guò)程的多模態(tài)數(shù)據(jù)集，生成了果蠅全發(fā)育周期的3D單細(xì)胞時(shí)空多組學(xué)圖譜。該研究成果系統(tǒng)解析了果蠅細(xì)胞類型分化的時(shí)空動(dòng)態(tài)與核心調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為發(fā)育生物學(xué)研究提供了前所未有的分子層面參考，并為發(fā)育缺陷及相關(guān)疾病機(jī)制研究奠定了重要基礎(chǔ)。
研究團(tuán)隊(duì)基于華大自主研發(fā)的時(shí)空組學(xué)技術(shù)Stereo-seq，搭配單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)scRNA-seq和scATAC-seq，對(duì)果蠅胚胎每0.5-2小時(shí)、幼蟲(chóng)及蛹期的各個(gè)關(guān)鍵階段進(jìn)行采樣，生成超過(guò)380萬(wàn)個(gè)具有空間分辨率的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，并利用Spateo算法重建出高精度3D模型，精準(zhǔn)解析組織形態(tài)與基因表達(dá)的空間動(dòng)態(tài)。這就像用一臺(tái)超級(jí)“生命照相機(jī)”，給果蠅的整個(gè)發(fā)育過(guò)程拍攝了一部分辨率極高的3D電影，能夠清楚地看到每個(gè)細(xì)胞在何時(shí)何地開(kāi)啟了哪些基因。
在這場(chǎng)果蠅發(fā)育的“生命舞臺(tái)劇”中，細(xì)胞如何決定自己變成神經(jīng)細(xì)胞還是肌肉細(xì)胞？研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)整合數(shù)據(jù)，構(gòu)建了果蠅胚胎發(fā)育的“分化軌跡地圖”，解析了細(xì)胞命運(yùn)決定的關(guān)鍵分子機(jī)制。
通過(guò)追蹤“演員”的走位，研究發(fā)現(xiàn)不同胚層的細(xì)胞會(huì)沿著特定路徑分化，而轉(zhuǎn)錄因子就像“導(dǎo)演”，通過(guò)激活或抑制基因，指揮細(xì)胞扮演特定角色。比如，研究發(fā)現(xiàn)多個(gè)此前未被鑒定的轉(zhuǎn)錄因子，在神經(jīng)、腸道及內(nèi)分泌系統(tǒng)中可能起關(guān)鍵作用。
在這份3D多組學(xué)圖譜的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)整合分析，首次在單細(xì)胞水平揭示了果蠅組織分化起源的空間模式。
