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一個受精卵是如何從單細(xì)胞發(fā)育、分化為大量不同類型的細(xì)胞、組織和器官，最終構(gòu)成一個完整的生命體的，這一直是發(fā)育生物學(xué)的基本問題和長期以來的研究目標(biāo)。得益于近年來單細(xì)胞測序技術(shù)和計算生物學(xué)的發(fā)展，以“DNA條形碼”為代表的譜系示蹤技術(shù)取得了長足發(fā)展；例如，發(fā)育生物學(xué)的研究人員利用該技術(shù)明確了包括小鼠、斑馬魚、非洲爪蛙以及海鞘等多種生物的細(xì)胞發(fā)育譜系。文昌魚是介于無脊椎動物和脊椎動物之間的過渡型動物，是最原始的脊索動物（Chordate）,一直是研究脊椎動物起源和演化的理想對象，在探索脊索動物細(xì)胞命運決定保守機(jī)制和進(jìn)化發(fā)育上有著極其重要的地位。 

近日，毛炳宇研究員團(tuán)隊牽頭聯(lián)合中國科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院張世華研究員團(tuán)隊、廈門大學(xué)李光教授團(tuán)隊以及華大基因和福建師范大學(xué)等相關(guān)科研團(tuán)隊在《Cell Reports》雜志在線發(fā)表了題為“Joint profiling of gene expression and chromatin accessibility of amphioxus development at single cell resolution ”的研究論文，該研究聯(lián)合Split-seq單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序（snRNA-seq）和10× Genomics單細(xì)胞表觀組測序（scATAC-seq）技術(shù)，以單細(xì)胞分辨率繪制了文昌魚早期胚胎發(fā)育全細(xì)胞命運圖譜和成體文昌魚各組織的單細(xì)胞基因表達(dá)圖譜和染色質(zhì)開放特性圖譜；分析了文昌魚胚胎各譜系分化過程中的基因轉(zhuǎn)錄動態(tài)；以及通過跨物種的整合分析，構(gòu)建了文昌魚胚胎各譜系分化過程中保守的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。 

該項研究檢測了不同胚胎發(fā)育時期的文昌魚胚胎，超過十萬個細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組測序，并系統(tǒng)性地繪制了文昌魚各胚層細(xì)胞分化路徑以及每個路徑中基因的表達(dá)變化。同時該研究還進(jìn)行了來自不同胚胎發(fā)育時期的文昌魚胚胎的單細(xì)胞表觀組測序，共獲得數(shù)萬個單細(xì)胞的表觀組數(shù)據(jù)；通過轉(zhuǎn)錄組和表觀組的整合分析，構(gòu)建了文昌魚胚胎譜系分化過程中的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，計算篩選并通過原位雜交實驗驗證到多個組織特異表達(dá)的新標(biāo)記基因。這是第一張文昌魚胚胎發(fā)育過程中的單細(xì)胞分辨率全細(xì)胞命運圖譜，這項研究產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對于研究脊椎動物各組織器官的演化具有重要意義。 

中國科學(xué)院昆明動物研究所馬鵬程副研究員、中國科學(xué)院大學(xué)博士生劉星言、徐棗旭和碩士生丁香凝、廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院碩士生劉惠敏以及福建師范大學(xué)黃鎮(zhèn)博士為論文的共同第一作者，華大基因陳東升博士、中國科學(xué)院昆明動物研究所毛炳宇研究員、數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院張世華研究員、廈門大學(xué)李光教授、華大基因徐迅博士和福建師范大學(xué)張秋金教授為論文的共同通訊作者，毛炳宇研究員為論文的Lead Contact。本研究得到國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會與中國科學(xué)院昆明動物研究所遺傳資源與進(jìn)化國家重點實驗室開放課題等項目的資助。論文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)00765-3。 

圖示文昌魚單細(xì)胞水平轉(zhuǎn)錄組和表觀組整合分析