科学家们重建了小鼠胚胎中细胞的详细家族树，追溯其起源到受精卵首次分裂为两个细胞的瞬间。使用一种创新的 DNA 记录技术，研究人员跟踪了这些早期细胞如何繁殖、发展专业角色，并最终帮助形成具有明显器官和组织的身体。记录涵盖了胚胎发育的前 13.5 天，提供了关于复杂哺乳动物身体形成的异常详尽的观察。（小鼠的完整妊娠期为 19 到 21 天。）这些发现于 2026 年 10 月 8 日发表在《科学》杂志上，可能帮助科学家更好地理解正常发育以及当这一过程出错时发生了什么。华盛顿大学医学院基因组科学教授、霍华德·休斯医学研究所研究员杰伊·申杜尔博士说：“我们对追踪胚胎中细胞的早期祖先如何影响它们后来的命运感兴趣。探索细胞谱系有助于解码正常发育。这项研究最终可能会推进对先天性畸形、神经发育障碍、遗传性疾病或癌症的认识。”申杜尔博士与新罕布什尔州达特茅斯学院的分子与系统生物学家邱成翔博士共同领导了这项研究，两人均为该研究的资深作者。 DNA 打字机记录活细胞的历史 这一成就得益于一种名为 DNA 打字机的技术，由申杜尔和现任斯隆凯特琳癌症中心的崔俊洪开发。该系统不仅仅观察细胞如何分裂，而是允许科学家在其 DNA 中直接保留它们的历史记录。为此，研究人员将重新设计的记录序列（称为“磁带”）插入到受精小鼠卵子的基因组中。更新的设计使得恢复个别细胞中存储的信息变得更加容易。随着胚胎的发展，DNA 打字机持续嵌入其细胞的遗传物质中，以一种可以后续用于重建它们祖先的方式记录细胞的分裂结果。最终的结果就像一本生物日志，记录了产生不同细胞群体的事件顺序。 “想象一下它就像一个实际的打字机，只不过它是在细胞自身的 DNA 上打字，而不是在纸上，”该研究的共同第一作者、华盛顿大学医学中心合成生物学的博士后科学家金海东解释说。“每当一个细胞分裂时，它就在下一个空白行上打下一个新字符——始终按顺序，决不覆盖之前已经存在的内容。因为字符总是按顺序填入，这个顺序本身就拼出了细胞的分裂历史。”由于这些标记会传递给子细胞，研究人员可以检查记录的序列，识别从共享祖先派生的细胞。携带匹配记录部分的细胞可以联系在一起，允许科学家重建胚胎的家族树的分支。“写记录只是问题的一半。你还必须从每个细胞中读出来，因此我们重新设计了磁带，以简化这个过程，”金说。 克服发育生物学中的一大挑战 重建一个发育中的哺乳动物的完整历史长期以来一直是一个巨大的挑战。随着胚胎的生长，其细胞不断分裂，并开始承担专业功能。随着细胞数量和种类的增加，追踪这些关系变得越来越困难。几十年前，科学家们在一种微小的圆虫中完成了类似的壮举，但那种动物的身体相对简单，细胞数量远少于其他动物。其透明性也使得发育易于研究。哺乳动物则复杂得多。早期的技术为小鼠胚胎发育提供了重要见解，但它们通常仅捕获更大细胞家族树的部分。某些传统的记录技术也存在显著限制。它们通过切割 DNA 制造识别标记，这可能会损坏细胞并删除早期分裂留下的信息。它们的记录能力有限，并且由于标记不一定以固定顺序创建，科学家必须在之后尝试重建事件的顺序。“DNA 打字机避免了所有这些问题，”金说。“它在不完全断开 DNA 的情况下进行写入，保持相对稳定的记录，并严格按顺序写入，因此我们可以以更高的分辨率记录细胞谱系，持续更长时间。” 追溯胚胎至其最初的两个细胞 研究人员开始尝试在 100 个受精小鼠卵子中记录发育。在这些卵子中，最终共有 10 个胚胎可供检查。其中一个标本被确定为胚胎 3，因为其 DNA 记录系统特别发挥了作用...