2.11: 命运的映射

发育生物学家使用命运图谱作为工具，在生物体成熟时追踪细胞谱系。这是通过在胚胎阶段标记细胞，然后在生物体的整个发育过程中跟踪它们及其后代来完成的。命运图谱还用于研究发育过程中的细胞迁移和分化，以及成年期的再生和修复。

该视频将概述命运映射，解释用于在斑马鱼中生成命运图的协议，并展示该技术目前在实验室中应用的一些方式。

在进入程序细节之前，让我们先讨论一下什么是命运地图以及它是如何构建的。

在经典的命运映射实验中，科学家们用一种染料对早期胚胎中的细胞群进行染色，例如那些处于原肠阶段的细胞，这种染料会传递给这些细胞的所有后代。在让胚胎发育一段时间后，他们在更成熟的生物体中观察了染色的细胞。然后记录染色细胞在成熟生物体中的位置。几个类似实验的汇总结果允许构建一个称为命运图的图表。

因此，命运图是一个总体计划，概述了早期胚胎每个部分的命运。这些图谱有助于科学家确定哪些胚胎细胞分化成哪些功能性成体细胞，以及它们如何迁移和组织成成熟结构。

科学家们使用许多模式生物来创建命运图，包括青蛙、线虫、鱼、雏鸟和老鼠。一些模式生物，例如斑马鱼 Danio rerio，在这种类型的实验中具有额外的优势。由于它们很小并且在大部分发育过程中保持透明，科学家可以通过在光学显微镜下观察鱼来轻松追踪细胞。重要的是，细胞标记技术的进步现在使科学家能够精确标记单个细胞，并在生物体发育过程中追踪它们，这有助于创建极其详细的命运图谱。

现在您已经了解了什么是命运图，让我们讨论一下使用光激活的斑马鱼命运图谱协议。这种相对较新的方法依赖于可光激活的蛋白质。这些是特殊的荧光蛋白，它们是"笼状"的，这意味着它们以特定的构象保持以防止荧光。应用受控激光脉冲会导致构象变化，称为"解笼"，从而产生可见荧光。

为了进行这个实验，首先合成这些特殊的笼状蛋白质，然后注射到一个或两个细胞阶段的斑马鱼胚胎中。接下来，让胚胎在光活化之前成熟到所需的发育阶段。

然后，为了准备鱼进行光活化，将胚胎去绒毛膜化以使目标组织可接近。接下来，将它们封片在光学透明介质中，例如低熔点琼脂糖，从而安全地将它们保持在稳定位置。样品对齐以暴露感兴趣区域，并安装在配备激光的显微镜上。将激光脉冲施加到包含目标细胞的目标区域，诱导光活化。

激光治疗后，小心地从琼脂糖中取出胚胎并返回自然环境，直到达到所需的发育阶段。为了追踪光活化细胞，胚胎再次包埋在低熔点琼脂糖中，然后可以使用直接荧光或免疫染色来可视化和追踪光活化细胞。

现在您已经对命运映射协议有了全面的了解，让我们来看看一些利用此程序的实验室实验。

除了研究胚胎发育外，命运图谱还可用于检查成熟系统的修复。在本实验中，从转基因斑马鱼视网膜中消融了特定细胞亚型。然后，科学家们追踪了基因标记的常驻成体干细胞，以确定它们受伤后的命运。最后，进行图像分析，证明成体干细胞的激活和随后的组织修复。

科学家们也在使用类似的方案来了解移植干细胞的命运。在这里，将基因标记的人类胚胎干细胞 （hESC） 移植到免疫功能低下的小鼠模型中。让植入的细胞分化 8-12 周，然后收获产生的畸胎瘤，这是一种包含来自多个胚层组织的肿瘤，以确定植入干细胞的命运。这种类型的实验有助于科学家确认培养干细胞的体内分化潜力。

如前所述，科学家在各种模式生物（包括哺乳动物）中执行命运图谱程序。在这项特殊的研究中，科学家们使用诱导型遗传方法标记了早期小鼠胚胎特定区域的细胞。这是通过向携带转基因后代的怀孕小鼠施用诱导剂来完成的。标记的细胞在后期发育阶段被追踪，这有助于科学家确定它们的最终命运。

您刚刚观看了 JoVE 关于命运映射的视频。该视频提供了一些关于创建命运地图的见解，回顾了特定的命运映射协议，并讨论了这种非常有用的技术的一些修改和应用。一如既往，感谢您的观看！