读懂“基因剧本”，华大与南科大合作汇出果蝇发育3D全景图谱

动物发育是基因与细胞在时空维度上精密协作的复杂过程。成长过程犹如一场精密编排的“生命舞台剧”，每个细胞何时何地“登场”、如何变成特定的细胞类型，都是由基因“剧本”调控的。

近日，在读懂“基因剧本”这件事上，科学家们更近了一步。6月26日，杭州华大生命科学研究院联合南方科技大学，在国际顶级学术期刊《细胞》（Cell）发表突破性成果。

研究团队通过华大时空组学技术Stereo-seq及多种单细胞组学测序技术，开创性地创建了一个解码动物发育过程的多模态数据集，生成了果蝇全发育周期的3D单细胞时空多组学图谱。该研究成果系统解析了果蝇细胞类型分化的时空动态与核心调控网络，为发育生物学研究提供了前所未有的分子层面参考，并为发育缺陷及相关疾病机制研究奠定了重要基础。

《细胞》官网截图。

3D多组学图谱解码果蝇发育。

据介绍，研究团队基于华大自主研发的时空组学技术Stereo-seq，搭配单细胞组学技术scRNA-seq和scATAC-seq，对果蝇胚胎每0.5~2小时、幼虫及蛹期的各个关键阶段进行采样，生成超过380万个具有空间分辨率的单细胞转录组，并利用Spateo算法重建出高精度3D模型，精准解析组织形态与基因表达的空间动态。

果蝇发育的全景分子时钟。

在这份3D多组学图谱的基础上，研究团队通过整合分析，首次在单细胞水平揭示了果蝇组织分化起源的空间模式。通过追踪“演员”的走位，研究发现不同胚层的细胞会沿着特定路径分化，而转录因子就像“导演”，通过激活或抑制基因，指挥细胞扮演特定角色。

文章共同第一作者、华大生命科学研究院王明月博士表示：“果蝇是生物学研究中最重要的模式生物之一，其在遗传学、发育生物学、神经生物学以及分子生物学等领域中都有着不可替代的位置。此外，果蝇与人类共享约70%的疾病相关基因，理解其发育过程及基因调控机制，能够帮助我们更好地探究生命发育等重要科学问题，并为人类发育疾病领域相关研究提供参考。”

2022年，华大等研究团队借助Stereo-seq技术实现首批生命全景地图的绘制，系列成果以时空组学联盟（STOC）专题的形式在《细胞》发表。其中，果蝇发育图谱发表于《发育细胞》（Developmental Cell）。

文章共同通讯作者、华大生命科学研究院刘龙奇研究员表示：“本次研究在此前果蝇图谱成果的基础上，实现了单细胞分辨率、补充了单细胞转录组等组学数据，由此构建了首个果蝇全发育周期的3D多组学图谱，为理解动物发育机制提供了分子层面的全新见解。此外，研究团队通过多组学技术的交叉融合，以更简单高效的方法系统地描述果蝇这一经典模式生物的发育过程，为包括人类在内的其他生物的发育研究提供了参考范式。”

（本文图片来自《细胞》）

编辑 孔盼成 审读 郭建华 二审 周梦璇 三审 刘思敏