综述：新一代谱系追踪技术及其在发育解析中的应用

这篇综述系统梳理了谱系追踪（lineage tracing）技术的最新进展，包括成像技术（如Cre-loxP、MADM）、空间转录组（如DART-FISH、BaSISS）与计算模型的融合应用，揭示了其在发育生物学、癌症演进和再生医学中的核心价值。作者强调多模态整合（如MADM-CloneSeq）和开源工具（如StarDist）如何推动单细胞分辨率下的谱系树重建，为虚拟人类发育（VHD）计划奠定技术基石。

　　

谱系追踪技术的历史脉络

谱系追踪技术可追溯至1887年Whitman对水蛭胚层分化的直接观察。20世纪里程碑包括1929年Vogt的尼罗蓝标记、1980年代β-半乳糖苷酶报告基因的转基因技术，以及1994年GFP的突破性应用。这些技术为现代方法如Cre-loxP重组酶系统和多色报告模型（如Brainbow）铺平了道路。

成像技术的革新

位点特异性重组酶系统：Cre-loxP仍是金标准，通过诱导型CreERT²
实现稀疏标记，但面临克隆空间重叠的局限。双重组酶系统（如Cre/Dre）通过异源特异性解决了这一问题，例如在骨折修复中区分骨膜细胞亚层贡献。

多色谱系标记：R26R-Confetti报告系统通过随机荧光蛋白表达实现单细胞克隆追踪，已应用于造血、乳腺等组织的活体成像。而MARCM技术通过有丝分裂重组不对称标记子代细胞，其升级版MADM结合测序（MADM-CloneSeq）可同步获取克隆的转录组数据。

空间转录组学的崛起

原位杂交技术：从1960年代的放射性探针到现代smFISH，技术灵敏度显著提升。2017年MEMOIR引入CRISPR编辑的"草稿本"元件，通过seqFISH读取细胞分裂记忆。其迭代版baseMEMOIR采用三态存储和贝叶斯推断，可追溯小鼠胚胎干细胞6代谱系。

原位测序技术：HybISS通过杂交取代连接反应提升信噪比，而dRNA-HybISS直接检测mRNA使效率提高5倍。BaSISS工作流整合全基因组测序（WGS）和ISS，在乳腺癌组织中定量克隆空间扩张模式。

计算驱动的分析革命

深度学习工具如StarDist（星形凸核分割）和Cellpose（U-Net架构）解决了高复杂度图像的细胞分割问题。TrackMate 7实现活细胞动态追踪，而MOLLUSC模型通过最大似然估计（MLE）预测谱系树分支长度。LineageMotif分析则揭示斑马鱼视网膜发育中的命运决定模式。

跨学科合作的未来

随着数据量突破100GB量级，开源工具（如XiT）使普通计算机也能处理超分辨率图像。虚拟人类发育（VHD）计划需要融合成像、测序和建模的跨学科协作，正如肝胰胆管系统发育模型所验证的"假设-实验"循环范式。从30万亿细胞的人类图谱到癌症克隆进化，下一代谱系追踪正在重新定义发育生物学的边界。