科技日报记者 江耘 通讯员 吴超敏
6月27日，记者从杭州华大生命科学研究院获悉，该研究院联合南方科技大学科研团队，创建了一个解码动物发育过程的多模态数据集，生成果蝇全发育周期的3D单细胞时空多组学图谱。该研究成果系统解析果蝇细胞类型分化的时空动态与核心调控网络，为发育缺陷及相关疾病机制研究奠定了重要基础。相关研究成果近日发表于国际学术期刊《细胞》。
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。果蝇发育历经卵、幼虫、蛹和成虫4个阶段，每个细胞何时何地“登场”及如何变成特定细胞类型由基因调控。科学家难以完全读懂其调控机制。果蝇是重要的模式生物，与人类共享约70%的疾病相关基因，研究其发育过程及基因调控机制有助于探究生命发育科学问题，为人类发育疾病研究提供参考。
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，对果蝇胚胎、幼虫及蛹期的关键阶段进行采样，生成超过380万个空间分辨的单细胞转录组，并重建出高精度3D模型，精准解析组织形态与基因表达的空间动态，揭示了果蝇在不同发育阶段中细胞类型的分化路径和关键分子机制，例如脂肪体和前/后肠的空间分化模式，以及中枢神经系统的细胞迁移轨迹等。
值得一提的是，果蝇中肠的铜细胞就像体内的“金属管家”，是维持金属离子平衡和胃酸分泌的关键细胞，其功能异常可能导致代谢紊乱。研究团队通过多组学分析，首次发现在铜细胞发育中发挥核心调控作用的转录因子exex。这一发现揭示了果蝇中肠金属稳态调控的新机制，为人类肠道等器官发育的过程提供参考。
论文共同通讯作者、杭州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，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。
