命运图谱绘制

发育生物学家利用命运图谱技术来追踪生物体成熟过程中的细胞谱系。该方法通过在胚胎发育早期对细胞进行标记，随后追踪这些细胞及其后代在整个生物体发育过程中的去向。命运图谱技术还被用于研究发育过程中的细胞迁移与分化，以及成体阶段的组织再生与修复。

本视频将概述命运图谱的基本原理，讲解在斑马鱼中构建命运图谱的实验方案，并展示该技术在当前实验室研究中的一些应用实例。

在深入探讨实验步骤之前，我们先来讨论什么是命运图谱以及如何构建它。

在经典的命运图谱实验中，科学家会用染料标记早期胚胎（如原肠胚阶段）中的某些细胞群，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，研究人员观察更成熟个体中标记细胞的位置，并记录其分布情况。多个类似实验结果的汇总，便可构建出一种称为命运图谱的示意图。

因此，命运图谱是一种总体示意图，用于标明早期胚胎各个部分未来的发育命运。这些图谱有助于科学家确定诸如哪些胚胎细胞分化为哪些功能性成体细胞，以及它们如何迁移并组织形成成熟结构等问题。

科学家已利用多种模式生物构建命运图谱，包括青蛙、线虫、鱼类、鸡和小鼠。某些模式生物，例如斑马鱼 Danio rerio，在此类实验中具有额外优势：由于其体型小且在发育过程中大部分时间保持透明，科学家可通过光学显微镜直接观察鱼体内的细胞。更重要的是，细胞标记技术的进步如今使科学家能够精确地标记单个细胞，并在生物体发育过程中追踪其去向，从而有助于构建极为详尽的命运图谱。

现在您已经了解了命运图谱的概念，接下来我们讨论一种利用光激活技术在斑马鱼中进行命运图谱绘制的实验方案。这种相对较新的方法依赖于光可激活蛋白。这些是特殊的荧光蛋白，处于“笼锁”状态，即被固定在特定构象中以阻止其发出荧光。通过施加可控的激光脉冲，可引发构象改变，这一过程称为“解笼”，从而产生可见的荧光信号。

为了开展该实验，首先需要合成这类特制的笼锁蛋白，并将其注射到单细胞或双细胞期的斑马鱼胚胎中。随后，让胚胎发育至光激活所需的特定发育阶段。

接着，为准备光激活处理，需去除胚胎的绒毛膜，以便使目标组织可被激光触及。然后将胚胎固定在光学透明的介质中，例如低熔点琼脂糖，以安全地保持其稳定位置。将样品调整至合适角度，暴露感兴趣的区域，并置于配备激光器的显微镜上。对含有目标细胞的特定区域施加激光脉冲，从而诱导光激活。

激光处理后，小心地将胚胎从琼脂糖中取出，并放回其正常培养环境中，继续发育至目标阶段。为了追踪光激活后的细胞，需再次将胚胎包埋于低熔点琼脂糖中，随后可通过直接荧光观察或免疫染色方法对光激活的细胞进行可视化和追踪。

在全面了解命运图谱绘制技术的实验流程后，让我们来看几个应用该方法的实验室实验实例。

除了研究胚胎发育外，命运图谱技术还可用于检测成熟系统中的修复过程。在本实验中，研究人员消融了转基因斑马鱼视网膜中某一特定细胞亚型，随后追踪经遗传标记的成体驻留干细胞，以确定其在损伤后的命运变化。最后进行图像分析，结果表明成体干细胞被激活并介导了后续的组织修复。

科学家还采用类似方案来研究移植干细胞的命运。在此实验中，将基因标记的人胚胎干细胞（hESCs）移植到免疫缺陷小鼠模型中。植入的细胞被允许分化8至12周，随后收获形成的数据瘤（teratoma）——一种包含来自多个胚层组织的肿瘤——并对其进行固定和免疫染色，以确定植入干细胞的分化命运。此类实验有助于科学家验证 体内 培养干细胞的分化潜能

如前所述，科研人员会在多种模式生物（包括哺乳动物）中进行命运图谱绘制实验。在本项研究中，科研人员利用可诱导的遗传学方法，标记了早期小鼠胚胎中特定区域的细胞。该过程通过向怀有基因修饰后代的孕鼠施加诱导剂来实现。随后，科研人员在后续发育阶段持续追踪这些被标记的细胞，从而确定其最终命运。

您刚刚观看了 JoVE 关于命运图谱绘制的视频。本视频介绍了构建命运图谱的一些方法，回顾了一种特定的命运图谱绘制方案，并讨论了这一极为有用的技术的一些改进与应用。一如既往，感谢您的观看！