Cell ｜斑马鱼发育图谱——Zebrahub
Cell ｜斑马鱼发育图谱——Zebrahub
2024年10月24日，美国Chan Zuckerberg Biohub的研究团队在《Cell》杂志上发表了一篇重要研究，题为《A multimodal zebrafish developmental atlas reveals the state-transition dynamics of late-vertebrate pluripotent axial progenitors》。这项研究通过单胚胎单细胞RNA-seq测序方法，建立了Zebrahub这一综合性工具平台，为斑马鱼发育过程中的细胞状态转换研究提供了重要基础。
为了全面理解生物体的发育过程，科学家们需要对发育过程中的细胞谱系有深入的了解。从一个多世纪前使用光学显微镜追踪细胞谱系开始，到1983年对秀丽隐杆线虫细胞谱系的完整描述，该领域取得了重要进展。近年来，单细胞RNA-seq技术为通过转录组追踪细胞谱系提供了新的手段。
在本研究中，研究团队将光片显微镜与单个斑马鱼胚胎的scRNA-seq结果相结合，建立了具有高时空分辨率的细胞谱系图谱。Zebrahub数据库包含了来自40个斑马鱼胚胎的120,444个细胞，涵盖了受精后10小时至10天的十个不同发育阶段。每个阶段都包括四个鱼的胚胎，并通过严格的质量控制标准获得了高质量的单细胞转录组谱。
在受精后24小时，研究团队可以在每个细胞中平均检测到超过4000个基因。为了可视化这些细胞转录组，他们对不同发育阶段的细胞进行了统一化的UMAP分析，并通过与已发表的文献和斑马鱼数据库ZFIN进行交叉参考，对不同细胞类别进行了聚类分析。整个数据库可以通过zebrahug.org门户网站进行浏览。
为了完善转录组信息，研究团队使用了自适应多视点光片显微镜DaXi对胚胎进行成像。他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，并通过光转换荧光基团Dendra2等对特定细胞进行标记。此外，他们还对所有细胞谱系进行了比较转录多样性分析。
为了更深入地理解基因表达动态性，研究团队计算了RNA速度。RNA速度分析概括了胚胎发育进展，确认了中胚层发育轨迹，从中胚层开始到体节再到肌肉形成。有趣的是，研究团队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和tbxta，被称为神经-中胚层前体细胞（Neuro-mesodermal progenitors，NMPs）。
通过早期和晚期光转换对NMPs细胞进行谱系追踪，研究团队发现NMPs在不同阶段的分化潜能和分化方向。最后，他们通过HCR检验和单细胞测序分析，发现sox2/tbxta梯度可以预测细胞未来的身份和转录状态。
总的来说，这项研究通过对单个斑马鱼胚胎不同时间点进行单细胞RNA-seq，全面分析了胚胎发育过程中的细胞谱系分化，并对一些新颖的前体细胞进行了刻画。研究团队将这些数据整合为交互式平台Zebrahub，为胚胎发育研究提供了新的工具。