在一項具有里程碑意義的研究中，華盛頓大學和杰克遜實驗室的研究人員詳細描述了將單個受精細胞轉變為活的復雜生物的一系列快速事件。本月在《自然》雜志上報道的這項工作不僅使團隊能夠探索哪些基因驅動數百種細胞類型的分化，而且還首次表明在一小時內基因活動立即發生非常快速的變化出生后，強調新生兒必須適應的速度。

JAX 研究科學家 Ian Welsh 博士表示：“單細胞數據集的規模非常龐大。”他與 JAX 副教授 Stephen Murray 博士一起擁有胚胎形態發生(胚胎形態發生)方面的關鍵專業知識。胚胎結構，如四肢和器官。他們共同設計了按發育階段收集和精確組織樣本的策略。

在小鼠中，從一個細胞到超過5億個細胞的整個過程需要不到三周的時間。由華盛頓大學 Jay Shendure 博士領導的研究小組詳細描述了這一過程，對 83 個胚胎的 1240 萬個細胞的細胞核進行了分析，這些胚胎涵蓋了從胚胎第八天到出生的產前發育過程。Shendure 和他的團隊對每個細胞核中的信使 RNA 進行了測序，以識別表達基因的細胞以及它們的活躍程度，最終構建出從受精卵到出生的細胞類型關系樹。

小鼠胚胎發育通常以卵子受精后 24 小時為增量進行研究。這項研究的一個雄心勃勃的目標是通過每隔兩到六小時對胚胎進行分期來提高分析的分辨率。然而，使任務復雜化的是，妊娠時間與發育階段并不嚴格相關，因為不同的胚胎在不同的時間達到發育里程碑，即使在同一窩胚胎中也是如此。

“我們對該項目的貢獻在于樣本采集的嚴格性，以及更重要的是，在‘絕對’發育時間內對樣本進行精確的分期，”威爾士說。“想象一下，嘗試通過將一堆單獨的幀粘合在一起來重建一部故事片。你越準確地及時放置這些幀，你就能越準確地重建電影。”

在發育過程中，新細胞類型的形成大多是逐漸發生的，細胞在相鄰時間點充分混合。一個令人驚訝的例外是從晚期胎兒到新生兒的過渡。某些細胞類型——腎臟細胞、棕色脂肪細胞和其他細胞——在出生后的一小時內顯示出非常快速的遺傳活動變化。這些發現強調了從胎盤生命到宮外生命的變化的嚴重性。

作為基礎，研究結果為未來的研究指明了方向。例如，更好地了解產后適應功能及其快速使用的機制可能有助于解釋剖腹產與陰道分娩的人類嬰兒之間長期生理和健康結果的差異。理論上，擴展框架可以產生哺乳動物從受孕到死亡的整個生命周期的單細胞延時。