蠕虫图谱描述了动物中每种细胞类型的基因读数

蛔虫在动物的各种细胞中首次编辑基因读数。例如，在蠕虫生命的特定阶段拍摄的读数揭示了每个细胞中哪些基因被打开或关闭。几乎所有个体细胞都含有相同的基因。这组基因是在受精时确定的，当时个体只是一个细胞。沿着多个细胞分裂的途径，身体最终由不同的细胞类型组成。每种细胞类型都有自己的选择性激活个体遗传密码的部分。这些基因关闭/基因模式在很大程度上解释了人体或动物体内许多特化细胞的无数形状，特性和功能。

华盛顿大学医学研究人员希望创造一种资源，以了解同一生物体内广泛细胞种类背后的原因。他们设计了对大量单细胞和单分子进行条形码编码和索引的策略。他们的目标是测量蛔虫中每个细胞和细胞类型的分子状态。

该项目的资深科学家是罗伯特沃特斯顿，华盛顿大学医学院基因组科学系教授和主席; Cole Trapnell，威斯康星大学基因组科学助理教授; 和Jay Shendure，华盛顿大学基因组科学教授和Howard Hughes医学研究所的研究员。首席科学家是威斯康星大学医学院研究生Junyue Cao和Jonathan Packer。

该研究小组独特地标记了许多细胞或其细胞核的完整基因读数。核心充当细胞的中央管理办公室。

遗传读数显示细胞通过RNA复制哪些DNA代码片段。RNA拷贝或转录物的集合称为转录组。它们成为蛋白质生产或其他细胞活动的方向。

研究人员将他们的分析策略应用于线虫Caenorhabditis elegans的幼虫阶段。这种蛔虫已经成为唯一一种具有所有细胞和细胞类型的多细胞生物，以及这些细胞的整个发育谱系，已被记录在案。

这种线虫也有相对较少的细胞。在其幼虫阶段，它确切地说有762，不包括生殖细胞。与许多其他动物不同，每个线虫幼虫具有相同数量的细胞。

它也是一种流行的遗传研究蠕虫，用于研究生命在受孕后如何开始形成，然后生长并通过生命阶段到老年。

直到最近，还没有办法根据基因活动对生物体内的所有细胞进行全面分类。已经开发了用于研究个体细胞中的基因活性的方法。“我们现在可以通过实验对数万个细胞进行实验，”Trapnell说。研究人员从技术控制开始，看看他们是否可以迅速将人类与小鼠细胞分开。

他们继续在一次实验中首次测量整个动物的所有细胞中的所有基因。“我们的希望是，这种资源将显着加速生物学家的努力，揭示动物如何形成和发展的新基本原则，”Trapnell说，“并且蠕虫中的这项工作成为更好地理解人类发展的踏脚石。

他说，研究还表明，“ 神经细胞 [ 处理和传递信息的神经细胞 ]是多么令人难以置信的神经细胞。有一些罕见的神经细胞类型只由蠕虫中的一个或细胞代表。”

他预计像他的团队制作的那样的地图集将引发关于细胞重新分类的激烈辩论。

他说，未来的研究可能会考虑动物生长过程中全动物转录组的变化，以及控制这些变化的因素，因为科学家们在一系列发育阶段进行这种类型的实验。

至于类似实验的预测，以获得可比较的小鼠或人体图谱，Trapnell表示，在索引策略中，障碍不是那么多，而是在获得样本时。小鼠和人类不含有预定数量的细胞。此外，解剖学上处理整个复杂的生物体以收集所有类型的细胞也将是一个挑战。

他们的单细胞组合索引RNA测序方法或简称sci-RNA-seq的方法的优点是速度快。可以在两天内由一个人完成每个实验分析数万个单细胞的转录组的文库。每个单元的成本从3美分到20美分不等。

研究人员估计，研究人员最终可以在一次实验中分析超过1000万个细胞的转录组。

研究人员写道，他们认为他们的数据是一个地图集的起点，该地图集建立在由英国的约翰·苏尔斯顿(John Sulston)创建的获得诺贝尔奖的线虫地图上，并且表明每个细胞在整个生命周期中的分子状态。这个重要的线虫。

科学家们已经在Gene Expression Omnibus上为其他实验室提供了原始数据，并提供了如何通过Jupyter Notebook处理数据的在线示例。