利用基于基因编辑的“细胞记录器”技术，科学家以前所未有的精度捕捉了小鼠胚胎发育的全过程。
两组独立的研究团队分别于《科学》和《细胞》杂志发表了最新成果。其中一项研究记录了受精卵在两周内逐细胞分裂并发育成胚胎的过程；另一项研究则追踪了器官形成阶段中绝大多数细胞的分裂轨迹。
从线虫到哺乳动物：发育图谱的挑战
这两项研究的灵感源自20世纪80年代初的一项里程碑式工作：英国生物学家约翰·苏尔斯顿（John Sulston）仅凭显微镜观察，绘制了秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）从单细胞卵到成年个体的完整发育地图。该物种拥有精确的959个体细胞，且每个个体的发育路径完全一致，遵循着不变的细胞分裂模式。
然而，对于小鼠等哺乳动物而言，发育过程不仅隐蔽，且细胞数量高达数十亿。西雅图华盛顿大学基因组科学家Jay Shendure指出，生物学的一个核心难题在于：如何在存在随机性的情况下，同一物种的个体仍能呈现出大致相同的形态？尽管双胞胎或人类个体间存在差异，但整体结构却高度保守。
条形码技术与DNA打字机
Shendure团队早在2016年便尝试解决这一问题。当时，他们利用CRISPR技术在斑马鱼（Danio rerio）发育中的细胞特定位置引入“条形码”，并通过DNA测序分析这些标记，从而推断细胞间的谱系关系。
不过，传统的基于CRISPR的“谱系记录器”存在局限性，特别是在发育过程中进行过多编辑时可能引发问题。为了规避这一缺陷，由Shendure和Weissman领导的团队采用了一种更为精确且破坏性更小的技术——“DNA打字机”。
研究人员将经过“DNA打字机”处理的受精小鼠卵子植入母体。两周后，当胚胎主要器官系统初步形成时，团队读取了DNA上的编辑记录，成功重建了约130万个被编辑细胞的相互关系。这一数据覆盖了胚胎总细胞数的约10%，为理解哺乳动物早期发育提供了关键线索。
