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

我们如何从一个单一的细胞变成一个复杂、完整的多细胞生物?发育生物学家长期以来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4月5日发表在《发育细胞》上的新研究中，研究人员利用单细胞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。研究人员捕捉到了短暂和罕见的细胞状态，并在细胞如何穿越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，但它们都是有自己基因程序的个体。”Bergmann说，“所以我们真的很努力去欣赏这种平衡，既要看到每个个体的特别和独特之处，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，研究人员需要新的机器学习算法。因此，他们创建了一个组织框架，使用了一种广泛使用的分析工具——修拉画笔。和点画法一样，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之间的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，它在被称为气孔的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。新研究发现它在发育过程中的表达时间比预期的要长。

“我喜欢参与的艺术家和学者跨学科科学因为它可以带来新的内涵。”参与了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。”

相关论文信息：http://dx.doi.org/10.1016/j.devcel.2021.03.014