来自EMBL海德堡大学和帕多瓦大学医学院的研究人员创建了第一个完整的早期胚胎发育完整描述，其中涵盖了胚胎中的每个单个细胞。这种“虚拟胚胎”将有助于回答生物体中不同细胞类型如何源自单个卵细胞的问题。结果发表在4月20日的Cell杂志上。

EMBL Heidelberg小组负责人Pierre Neveu博士解释说：“在胚胎发育过程中，卵是一个单一的细胞，体内如何产生许多不同的细胞类型?这是生物学中最基本的问题之一。”列出他和他的团队与Lars Hufnagel博士团队合作进行的研究背后的理由。

尽管回答这个问题对于理解多细胞生物的形成是必不可少的，但在单细胞，全基因组和全胚胎水平研究驱动这种细胞多样化的发展机制是一项艰巨的任务。这项研究的第一作者汉纳·斯拉迪茨切克博士解释说：“到目前为止，我们对基因表达程序缺乏全面的了解。这些程序会指导单个细胞形成构建胚胎所需的不同细胞类型。”海德堡，现在就读于帕多瓦大学医学院。尽管在该领域有新进展，但到目前为止，还没有实现完整的代表胚胎发育的信息，该信息代表了时空中的每个细胞。

EMBL的研究人员能够通过构建“阳茎”的“虚拟胚胎”来解决这个问题，该阳具是一种被称为海鞘的海洋生物，在地中海和大西洋中都有发现。该物种被选为模型系统，因为它与脊椎动物有关，并且每个个体的细胞数均相同，因此更容易将许多标本的观察结果结合起来。

这个虚拟胚胎描述了发育早期每个细胞分裂中胚胎每个细胞的基因表达和形态-显示了从单个细胞到64细胞阶段的进化。在这最初的七个细胞分裂之后，已经确定了未来神经线，大脑，生殖细胞，血细胞前体和肌肉的命运。这使其成为对胚胎中每个细胞的早期发育的完整描述。它描述了基因表达-细胞的遗传信息如何表达和出现-以及空间位置。为了生成此综合图集，研究人员将高分辨率单细胞转录组学与光片成像相结合。

Neveu说：“我们的模型表明，可以通过分析单个细胞的基因表达来了解其位置和历史。”“此外，我们发现尽管胚胎中基因表达的调控非常精确，但发育时间的差异解释了单个胚胎之间观察到的变异。”

基因表达通常被认为是一个嘈杂的过程-换句话说，它显示出一种随机性的元素-然而新的结果表明，它在给定胚胎中的细胞之间具有显着的可复制性和协调性。“如何实现这种协调?两个半对称镜像的胚胎之间的胚胎如何协调?”Neveu说，他强调了科学家想回答的一些新问题。

赫夫纳格尔说：“我们的研究代表了新兴的发育基因组学领域的飞跃。”“现在，我们已经与具有少量细胞的有机体一起工作，将我们的工作扩展到具有更多细胞的哺乳动物中当然很有趣!”