從受精卵到完整的人體，我們的四肢是如何發育的？科學家利用單細胞技術找到了一些線索。1月7日，記者從中山大學獲悉，該校中山醫學院張宏波教授課題組發布了首個人類肢體發育單細胞時空圖譜，解析了胎兒四肢的細胞演變路徑和細胞空間位置決定過程。相關成果論文刊發于《自然》。
肢體建成的時空調節機制是一個經典的發育生物學難題。張宏波舉例說：“把雞胚胎里形成前肢的細胞團切下，移植到背部，竟然能夠長出完整的翅膀。去除成年蠑螈的腿，它能夠很快再生，即使在切除8到10次之后，依然能長出新的腿，且幾乎看不出傷痕。然而，包括人在內，大多數哺乳動物卻在進化過程中喪失了這種成年后的再生能力。”
在細胞命運決定這個問題上，過去，科學家往往只能追蹤某一種細胞的發育路徑，最多同時追蹤兩到三種細胞的發育路徑，無法看到所有細胞的命運是如何演化的。而對于細胞的空間位置決定，科學家通過對胚胎做切片，進行單一或少數細胞染色，了解到的基因數量十分有限。
單細胞轉錄組技術和單細胞空間轉錄組技術的發展，使得探秘細胞演化過程成為可能。
張宏波研究團隊從第五周初到第九周胚胎連續取樣，獲得超過10萬個細胞，每個細胞約2000個基因，通過計算分析，團隊率先構建起精細的、包含所有細胞類型的人類四肢發育單細胞圖譜。通過團隊自主研發的單細胞數據分析工具——DEAPLOG，他們還能夠更好地找到每一個細胞的特征，尋找到關鍵基因，并將這些基因錨定到細胞演變的路徑上。有了這些信息，團隊能夠進一步通過實驗驗證哪些基因導致了細胞命運的歧化。
論文共同第一作者、張宏波團隊博士后張寶介紹，利用這一圖譜，能夠直觀地追蹤特定時間和區域產生的細胞類型，鑒定到全新的細胞類型，并且可以刻畫不同種類細胞激活的關鍵基因。
“當這些基因的表達不遵循既定模式，而又行使關鍵調控作用時，就可能導致特殊的發育表型，比如短指和多指等發育異常的現象。”張寶說。
（記者龍躍梅 通訊員朱嘉豪 李建平）