2018年新技术：追踪细胞血统

　　——一些复杂的细胞条形码技术正在改变细胞系

生物通报道：秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）是著名的模式动物，以其细胞家族树而闻名，通过一系列的细胞分裂产生各种成体细胞类型。在二十世纪七十年代中期，科学家们付出了巨大的努力，在无数个小时的基本显微镜探索中记录了这棵细胞树，这是一个传奇。

近几十年来，体内标记和追踪细胞的方法已经得到长足的发展，但近期的一系列新方法延伸了谱系研究的范围——新工具能获得非常多样的细胞标记，并以高分辨率解析它们。

谱系信息对于理解诸如器官发生，细胞命运选择，细胞迁移和肿瘤演化等现象非常重要。目前已经有许多方法可以用于追踪细胞，染料或在细胞，细胞群中引入遗传标记，然后在其后代鉴定谱系关系。其次，还有一组方法追踪更多的祖细胞，例如，稀疏重组（sparse recombination）可以通过荧光报告分子的不同组合来标记独特颜色，从而标记细胞。还有利用编码高多样性DNA条形码的病毒文库转染细胞，再对后代进行测序分析。

新一代的工具也利用CRISPR系统在体内发展细胞条码。

Cas9核酸酶由导向RNA引导到特定的条形码区域，进行剪切，从而在修复过程中获得一个独特的插入或缺失，这种改变随着时间而积累。有些是采用整合GFP报告基因作为靶标，生成条形码，有些是利用的合成多聚靶标位点（见后），或者导向RNA本身。通过测序读出条形码，或者通过顺序荧光原位杂交得出。

现在这些变化已经被用于通过单细胞RNA测序，获取高分辨率谱系和转录组readouts。未来期待在条码保真度和解读方面，表观遗传学数据结合方面，条码生成的时间和位置控制方面，还有整个生物谱系应用等方面都能有进一步的改进。

CRISPR与单细胞技术突破：细胞的祖宗十八代

加州理工学院的研究人员研发出了一种新技术： MEMOIR ，这种技术能读取单个细胞的历史与“家族进化树”，也就是说，能记录下来动物细胞的生活历史，比如它们与其它细胞的关系，与其它细胞的交流，还有在它身上发生的影响力事件。

生物学家利用DNA追踪人类和其他动物物种的血统，同样分子生物学家也可以使用DNA追踪细胞谱系。随着动物的发育，它们的细胞分裂，大量繁殖，生成新的下一代。科学家们一直希望能研发出重构细胞家族谱系，了解细胞何时以及如何生长的技术方法。

现在有两种功能强大的新工具能做到这一点，一个就是基因组编辑，CRISPR能在任何靶标上改变遗传密码，这样细胞基因组中的变化就能传递给下一代。分析这些编辑模式，研究人员就能识别出细胞的共同祖先，找到它们的亲戚。

另外一个工具就是sequential single molecule Fluorescence In Situ Hybridization（顺序单分子荧光原位杂交技术，生物通译），简称为 seqFISH ，这是蔡教授研究组开放的，能分析单个细胞中的活性基因。在近期Neuron的一篇文章中，这一研究组证实了这一技术能用于确定单细胞中超过200个基因的表达水平。而且这一方法还能帮助研究人员分析体内原位细胞中的基因活性，之前的技术只能针对分离细胞。

这项研究将两者结合了起来：利用seqFISH 技术追踪 CRISPR编辑基因组中的变化。

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（生物通）

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参考文献：

Massively parallel clonal analysis using CRISPR/Cas9 induced genetic scars

Synthetic recording and in situ readout of lineage information in single cells