哺乳動(dòng)物從受精卵發(fā)育為完整個(gè)體的過(guò)程，是發(fā)育生物學(xué)最核心的科學(xué)問(wèn)題之一。要解開(kāi)這一謎題，科學(xué)家需要一張高分辨率的“細(xì)胞地圖”，記錄胚胎在不同時(shí)間點(diǎn)、不同組織中各類細(xì)胞的動(dòng)態(tài)變化。近年來(lái)，單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展使得繪制這類圖譜成為可能。然而，已有的小鼠胚胎單細(xì)胞圖譜在時(shí)間覆蓋廣度、細(xì)胞數(shù)量、以及每個(gè)細(xì)胞中檢測(cè)到的基因深度方面仍存在不足，限制了對(duì)發(fā)育過(guò)程的全面理解。

2026年6月1日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·細(xì)胞生物學(xué)》（Nature Cell Biology）在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院/西湖大學(xué)裴端卿、陳捷凱和彭廣敦團(tuán)隊(duì)共同完成了題為《Developmental chronology of mouse embryo from 2-cell stage through birth》的研究論文。該研究構(gòu)建了一套名為“小鼠發(fā)育細(xì)胞與譜系圖譜”（mdCLA）的高質(zhì)量單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集，系統(tǒng)覆蓋了從受精后1.5天（2細(xì)胞期）到出生（E19.0）的37個(gè)時(shí)間點(diǎn)，共包含超過(guò)223萬(wàn)個(gè)細(xì)胞，每個(gè)細(xì)胞中位檢測(cè)基因數(shù)達(dá)4500個(gè)以上，在時(shí)間分辨率和轉(zhuǎn)錄覆蓋深度方面顯著優(yōu)于現(xiàn)有同類資源。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)化不同發(fā)育階段和組織的細(xì)胞解離方案，使用10x Genomics平臺(tái)進(jìn)行單細(xì)胞測(cè)序，避免了冷凍解凍帶來(lái)的基因表達(dá)擾動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，他們對(duì)獲得的細(xì)胞進(jìn)行了系統(tǒng)的四層級(jí)注釋，涵蓋108個(gè)器官或組織、305種細(xì)胞類型和1316個(gè)細(xì)胞亞型。為驗(yàn)證mdCLA的優(yōu)勢(shì)，研究者將其與2024年發(fā)表的一個(gè)超大規(guī)模（約1144萬(wàn)個(gè)細(xì)胞）但每個(gè)細(xì)胞基因檢測(cè)深度較低的胚胎圖譜進(jìn)行了詳細(xì)比較。結(jié)果顯示，盡管后者細(xì)胞數(shù)量更多，但在檢測(cè)稀有細(xì)胞類型（如皮膚中的梅克爾細(xì)胞）和低表達(dá)基因（如肺上皮發(fā)育相關(guān)基因Sf1a2）方面，mdCLA表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。此外，mdCLA在識(shí)別器官特異性的轉(zhuǎn)錄因子共表達(dá)模塊方面也更為靈敏。

借助這一高質(zhì)量圖譜，研究團(tuán)隊(duì)獲得了多個(gè)重要發(fā)現(xiàn)。首先，在腎臟發(fā)育過(guò)程中，他們鑒定出六群不同的腎單位祖細(xì)胞（NPC1至NPC6），其中NPC1僅存在于早期（E10-11），而NPC6在晚期（E16后）出現(xiàn)。空間轉(zhuǎn)錄組分析進(jìn)一步證實(shí)，晚期NPC周圍的微環(huán)境上調(diào)了上皮分化和免疫應(yīng)答相關(guān)信號(hào)通路，提示腎單位數(shù)量的調(diào)控可能受到階段特異性微環(huán)境影響。其次，通過(guò)對(duì)不同發(fā)育階段細(xì)胞亞型累積數(shù)量的系統(tǒng)分析，研究者發(fā)現(xiàn)上皮細(xì)胞系在E14.5至E17.5之間出現(xiàn)顯著的加速分化現(xiàn)象，其新細(xì)胞亞型數(shù)量遠(yuǎn)超同期其他細(xì)胞系。利用軌跡推斷和分化潛能分析，他們驗(yàn)證了這一現(xiàn)象，并鑒定出多個(gè)在晚期上調(diào)的器官特異性轉(zhuǎn)錄因子。其中，垂體特異性轉(zhuǎn)錄因子Tub被選中進(jìn)行功能驗(yàn)證。通過(guò)構(gòu)建垂體特異性Tub基因敲除小鼠，研究者發(fā)現(xiàn)，Tub缺失導(dǎo)致垂體前葉變小、促卵泡激素（FSHβ）陽(yáng)性細(xì)胞顯著減少，并最終引起小鼠出生后肥胖。這一結(jié)果不僅揭示了Tub在垂體上皮細(xì)胞成熟和內(nèi)分泌細(xì)胞分化中的關(guān)鍵作用，也展示了mdCLA在發(fā)掘發(fā)育調(diào)控新基因方面的強(qiáng)大能力。

總之，mdCLA為研究小鼠胚胎發(fā)育提供了一個(gè)高時(shí)空分辨率、高質(zhì)量的單細(xì)胞參考數(shù)據(jù)集，有助于深入理解細(xì)胞命運(yùn)決定、組織器官形成及其分子調(diào)控機(jī)制。該圖譜已通過(guò)開(kāi)放網(wǎng)站（http://mdcla.ccla.ac.cn/）向公眾提供數(shù)據(jù)查詢和下載，將為發(fā)育生物學(xué)、再生醫(yī)學(xué)及相關(guān)疾病研究提供重要資源。

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