新研究将艺术和科学融为一体，旨在找出细胞发育奥秘。图片来源：Virginia Lopez-Anido

本报讯 我们如何从一个单一细胞变成一个复杂、完整的多细胞生物？科学家一直在研究这个基本问题。近日，美国斯坦福大学生物学家Dominique Bergmann对拟南芥的研究可能找到了令人惊讶的答案。

在近日发表于《发育细胞》的新研究中，科学家利用单细胞RNA测序技术跟踪了拟南芥叶片表面和内部形成时近2万个细胞的遗传活动。研究人员捕捉到短暂和罕见的细胞状态，并在细胞如何变换不同身份的问题上发现了令人惊讶的大量不确定性，特别是在早期的干细胞群体中。

“所有的细胞都是协调的，但它们都有自己的基因程序。”Bergmann说，“所以我们努力去欣赏这种平衡，既要看到每个个体的特别之处，又要认识到它们是如何合作的。”

为了分析近2万个细胞和3万个基因的细胞身份，研究人员需要使用新的机器学习算法。因此，他们创建了一个组织框架，并使用了一种用途广泛的分析工具——修拉画笔。和点画法一样，这种工具将代表单个细胞及其特定基因表达特征的单个点混合在一起，使研究人员能够看到大规模的趋势。

研究人员发现，细胞可能会在它们似乎遵循的发育路径上返回，也有可能跳跃向前。他们还注意到，与旧干细胞相比，新干细胞在调节细胞类型转换方面可能存在差异。另外，他们研究了一种名为SPEECHLESS的关键基因，后者在气孔的形成中起着重要作用。植物通过气孔交换气体并调节水分含量。新研究发现该基因在发育过程中的表达时间比预期的要长。

参与该研究的里德学院生物学助理教授Camila Lopez-Anido说：“我期待着更多这样有意义的研究经历和合作。”（鲁亦）

相关论文信息：

http://dx.doi.org/10.1016/j.devcel.2021.03.014