编者按：探讨基因组中每个基因在胚胎发育期间对个体表型的影响，是发育遗传学的核心目标。随着单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术的发展，构建全胚胎细胞图谱变得可行。然而，大多数数据来源于野生型胚胎，尚未评估发育过程中潜在的变异。生命发育基因是否可以像代码一样被“逆向编译”？美国华盛顿大学在《Nature》上发表的一项研究，首次在斑马鱼胚胎中实现了全胚胎尺度、单细胞精度的反向遗传操作，构建了“受干扰胚胎的斑马鱼单细胞图谱”（ZSCAPE）。利用斑马鱼Crispant技术（基因功能研究的新范式）、高通量单细胞核RNA测序及Sci-Plex多重标记等技术，研究人员识别了33种主要组织中的99种细胞类型和156种细胞亚型。这为大规模胚胎发育及基因功能的研究提供了重要的基础，有助于人们更好地理解特定基因突变如何影响整个胚胎中的细胞，并可能导致各种疾病的机制。

01、研究概述：本研究构建了“受干扰胚胎的斑马鱼单细胞图谱”，收集了1812个独立解析发育中斑马鱼胚胎的单细胞转录组数据，包括19个时间点、23个遗传干扰及320万个单细胞转录组。由于每个条件下都有八个或更多的胚胎，研究人员能够评估细胞类型丰度的变化，并检测相对于野生型胚胎的细胞组成的扰动依赖性偏差。这种方法对罕见细胞类型特别敏感，能够解析脑神经节神经元的发育轨迹和遗传依赖性。尽管该细胞群体仅占胚胎的不到1%，但研究人员仍发现了与脊索鞘细胞转录组高度相似的短距离独立细胞，为头骨早期起源提出了新假设。研究人员预计，从大量个体胚胎中标准化收集高分辨率的单细胞数据，将推动对斑马鱼细胞类型的遗传依赖性研究，并解决发育遗传学领域的长期挑战，包括个体表型多样性背后的细胞和转录可塑性问题。

02、主要研究成果：本研究的突破在于ScEdiT单细胞编辑追踪技术的创新。通过整合Sci-Plex多重标记技术、CRISPR-cas9基因编辑技术和单细胞转录组测序（sci-RNA-seq3），创建了ScEdiT平台，为高通量的胚胎发育研究奠定了基础。Sci-Plex多重标记技术可以对不同样本的细胞进行溯源，进行多样本的联动分析。斑马鱼Crispant技术在胚胎早期可产生高效突变体，并实现快速的基因编辑，避免了传统方法漫长的代际周期。单细胞转录组测序技术可同时分析数百万个细胞核，极大提升实验效率。

在此基础上，研究人员成功构建了ZSCAPE斑马鱼单细胞图谱，收集了1812个单细胞转录组数据，包括19个时间点、23个遗传干扰和320万个单细胞转录组，高度一致的数据为早期斑马鱼scRNA-seq数据的进一步验证铺平了道路。总体上，研究人员将细胞分为33种主要组织、99种细胞类型和156种细胞亚型。

进一步基于斑马鱼Crispant技术，对由CRISPR-Cas9突变产生的斑马鱼F0敲除物进行细胞组成变化和单细胞遗传扰动的分析。研究结果显示，调控早期体节谱系的转录因子如Tbx16、Msgn1突变体表现出显著的细胞类型丰度变化，揭示了这些因子对中胚层祖细胞与脊髓后祖细胞分化的协同控制作用。

03、编者点评：本研究成功构建了“斑马鱼胚胎扰动单细胞图谱”（ZSCAPE），实现了基因扰动与细胞表型的动态关联。通过标准化胚胎尺度的单细胞分析，该研究将反向遗传学推向了“全胚胎+单细胞+时序”的新阶段，为解析复杂表型的非编码调控机制提供了新路径，有助于推动精准医疗在胚胎模型中的应用。作为生物医学研究和健康领域的领先者，尊龙凯时致力于提供全面的基因编辑与生物技术服务，为科学研究提供坚实的支持，开启生物技术的新篇章。欢迎有需要的读者与我们联络！