Cell ｜斑马鱼发育图谱——Zebrahub

撰文 | 十一月

为了对生物体发育过程进行空间、时间以及分子层面的系统性理解，2024年10月24日，美国Chan Zuckerberg Biohub的Loic A. Royer研究组在Cell上发表了文章A multimodal zebrafish developmental atlas reveals the state-transition dynamics of late-vertebrate pluripotent axial progenitors，通过单胚胎单细胞RNA-seq测序方法建立Zebrahub，对斑马鱼发育过程细胞状态转换提供了研究的基石。

为了阐明生物体的发育过程，我们需要对发育过程中细胞谱系进行全面了解。受精卵发育成多细胞生物体需要各种细胞谱系发育过程的协调。关于胚胎细胞的研究始于一个多世纪之前，最早科学家们使用光学显微镜来对细胞谱系进行追踪，该领域里程碑式的研究是1983年对秀丽隐杆线虫细胞谱系的完整描述【1】。单细胞RNA-seq技术为发育过程中通过转录组追踪细胞谱系提供了新的手段。为了对转录组以及时空信息进行整合，作者们将光片显微镜与单个斑马鱼胚胎scRNAs-seq结果相结合，建立了细胞谱系高时空分辨率图谱，并整合成为综合性工具平台Zebrahub。

Zebrahub的数据库包含来自40个斑马鱼胚胎的120,444个细胞，总共十个不同的发育阶段，包括受精后10、12、14、16、19、24小时以及2、3、5、10天。每个阶段包括四个鱼的胚胎，使用严格的质量控制标准获得高质量单细胞转录组谱（图1）。在受精后24小时，作者们可以在每个细胞中平均得到超过4000个基因。为了对这些细胞转录组进行可视化，作者们对不同发育阶段的细胞进行统一化UMAP分析，观察胚胎发育过程的分支模式，并通过与已发表的文献以及斑马鱼数据库ZFIN交叉参考对不同细胞类别进行聚类分析，整个数据库可以通过zebrahug.org门户网站进行浏览。

图1 Zebrahub构建流程

为了对转录组信息进行进行完善，作者们使用自适应多视点光片显微镜DaXi对胚胎进行成像。作者们使用中胚层细胞标记转基因品系mezzo:eGFP对时空细胞动态进行可视化监控。对所有的细胞谱系进行追踪并不容易，因此作者们也对特定的细胞使用光转换荧光基团Dendra2等进行标记。作者们在个体之间进行了比较转录多样性分析。

为了对基因表达动态性进行更深入的理解，作者们对RNA速度进行计算。RNA速度分析概括了胚胎发育进展，确认中胚层发育轨迹，从中胚层开始到体节再到肌肉形成（图2）。有趣的是，作者们发现中胚层起源的分支处也是神经组织分支的起点，这些细胞群富集表达Sox2以及tbxta，这群细胞被称为神经-中胚层前体细胞 （Neuro-mesodermal progenitors，NMPs） 。之后，作者们通过时使用对NMPs细胞分别进行早期和晚期光转换实现对细胞谱系的追踪，发现NMPs在不同阶段的分化潜能以及分化方向。最后，作者们也对NMPs的细胞基因表达进行HCR检验以及单细胞测序分析，发现sox2/tbxta梯度可以对细胞未来身份进行转录状态的预测。

图2 RNA速度分析胚胎发育

图3 工作模型

总的来说，作者们通过对单个斑马鱼胚胎不同时间点进行单细胞RNA-seq，对胚胎发育过程中细胞谱系分化进行全面分析，同时也对一些新颖的前体细胞进行刻画（图3）。最后作者们将该数据库整合为交互式平台Zebrahub，为胚胎发育的研究提供新的工具。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.09.047

制版人：十一

参考文献

1．Sulston, J.E., Schierenberg, E., White, J.G., and Thomson, J.N. (1983). The embryonic cell lineage of the nematode Caenorhabditis elegans.Dev. Biol.100, 64–119. https://doi.org/10.1016/0012-1606(83)90201-4.

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