研究人(rén)員(yuán)開發了(le)一種自動系統，用(yòng)于分(fēn)析胚胎發生所需的(de)基因功能，其中胚胎發生是受精卵從單細胞發育成具有皮膚、消化(huà)道、神經元和(hé)肌肉等不同組織的(de)有機體的(de)過程。

盡管人(rén)類基因組計劃早在 20 多(duō)年前就宣布完成了(le) 2 萬個(gè)人(rén)類基因的(de)測序工作，但科學家們仍在努力掌握基本遺傳指令如何産生完整的(de)有機體。

研究疾病如何在發育的(de)早期階段形成的(de)生物(wù)醫學工作，将受益于具體了(le)解複雜(zá)生物(wù)是如何從單個(gè)受精卵細胞中産生的(de)。在一項新的(de)研究中，來(lái)自加州大(dà)學聖地亞哥(gē)分(fēn)校的(de)研究人(rén)員(yuán)通(tōng)過一種簡單的(de)模式生物(wù)，對(duì)胚胎發育如何展開有了(le)新的(de)認識。相關研究結果于2024年5月(yuè)16日在線發表在Cell期刊上，論文标題爲“Automated profiling of gene function during embryonic development”。

這(zhè)些作者逐一介紹了(le)秀麗隐杆線蟲（Caenorhabditis elegans）胚胎發育過程中基因是如何發揮作用(yòng)的(de)。盡管體型微小，秀麗隐杆線蟲一直是科學家們的(de)研究對(duì)象，因爲它的(de)許多(duō)生物(wù)學特性，包括早期發育階段，都與包括人(rén)類在内的(de)高(gāo)等生物(wù)非常相似。

論文第一作者Rebecca Green說，“通(tōng)過在一種簡單的(de)模式生物(wù)中描述許多(duō)這(zhè)些鮮爲人(rén)知的(de)基因，我們可(kě)以了(le)解它們在像人(rén)類這(zhè)樣更複雜(zá)的(de)系統中的(de)作用(yòng)。雖然這(zhè)項研究是利用(yòng)秀麗隐杆線蟲完成的(de)，但所分(fēn)析的(de)大(dà)多(duō)數基因都存在于人(rén)類中，其中許多(duō)基因的(de)突變與人(rén)類發育障礙有關。”

這(zhè)些作者開發了(le)一種自動系統，用(yòng)于分(fēn)析胚胎發生所需的(de)基因功能，其中胚胎發生是受精卵從單細胞發育成具有皮膚、消化(huà)道、神經元和(hé)肌肉等不同組織的(de)有機體的(de)過程。他(tā)們利用(yòng)延時(shí) 4D 成像技術有條不紊地跟蹤了(le)每個(gè)基因在胚胎各個(gè)階段的(de)功能，包括細胞身份确定和(hé)有機體組織成形的(de)時(shí)間。

他(tā)們使用(yòng)一種稱爲“計算(suàn)機視覺（computer vision）”的(de)方法監控這(zhè)一過程，以跟蹤發育的(de)特定方面，包括每個(gè)組織中的(de)細胞數量。他(tā)們還(hái)跟蹤了(le)發育中有機體内組織的(de)質量、位置和(hé)形狀。

爲了(le)充分(fēn)了(le)解近 500 個(gè)對(duì)胚胎發育非常重要的(de)基因的(de)功能，他(tā)們逐一阻斷了(le)每個(gè)基因的(de)功能。這(zhè)樣，這(zhè)些作者就能将基因歸入共同的(de)基因簇，從而揭示每個(gè)基因的(de)作用(yòng)。Green将這(zhè)一過程比作自動面部識别，在這(zhè)一過程中，具有相似特征的(de)圖像會被組合在一起。

通(tōng)過使用(yòng)這(zhè)個(gè)細緻的(de)過程來(lái)分(fēn)析近7000個(gè)4D胚胎發生影(yǐng)片集，他(tā)們能夠爲單個(gè)基因創建 “指紋”，如細胞成爲肌肉或皮膚所需的(de)基因。這(zhè)有助于他(tā)們了(le)解這(zhè)些基因在胚胎發生過程中發揮的(de)生理(lǐ)作用(yòng)，如控制腸道或神經系統等組織的(de)形成。

Karen Oegema說，“我們的(de)研究表明(míng)，我們的(de)方法正确地對(duì)以前表征過的(de)基因的(de)功能進行了(le)分(fēn)類，确定了(le)未被表征的(de)基因的(de)功能，并描述了(le)新的(de)基因和(hé)通(tōng)路關系。很多(duō)我們認爲功能平凡的(de)基因被發現具有被低估的(de)重要作用(yòng)。”

來(lái)自這(zhè)項研究的(de)大(dà)量數據也(yě)促成了(le)一個(gè)新的(de)在線資源的(de)推出，其中包含了(le)所有的(de)信息。PhenoBank如今提供了(le)一個(gè)門戶網站，可(kě)以訪問這(zhè)項研究期間開發的(de)基因圖譜。

Arshad Desai教授說，“這(zhè)種方法令人(rén)驚奇地揭示了(le)胚胎發生過程中代謝途徑是如何專門化(huà)的(de)，并揭示了(le)參與基因調控的(de)不同分(fēn)子機器之間有趣的(de)新聯系。”

除了(le)這(zhè)項研究中涉及的(de) 500 個(gè)基因外，這(zhè)些作者目前正在努力完成與胚胎發生有關的(de)全部 2000 個(gè)秀麗隐杆線蟲基因的(de)研究。

他(tā)說，“研究人(rén)員(yuán)的(de)廣泛興趣在于他(tā)們所開發的(de)解決生物(wù)學中最具挑戰性問題的(de)方法：一個(gè)擁有大(dà)約20000個(gè)基因（與人(rén)類基因的(de)數量相似）的(de)基因組的(de)單個(gè)細胞如何能夠構建一個(gè)完整的(de)有機體。”

這(zhè)項研究改變了(le)人(rén)們長(cháng)期以來(lái)的(de)看法，即這(zhè)兩個(gè)細胞在這(zhè)一階段對(duì)發育中胚胎的(de)所有部分(fēn)都有同樣的(de)貢獻，這(zhè)表明(míng)“特化(huà)”——細胞具有特定個(gè)體作用(yòng)的(de)現象，在發育過程中比以前認爲的(de)要早得(de)多(duō)。

文章(zhāng)轉載自生物(wù)谷，系出于傳遞更多(duō)信息之目的(de)，轉載内容不代表本站立場(chǎng)。如有侵權請及時(shí)聯系，我們将立即進行删除處理(lǐ)。

返回列表