中胚层的早期模式建成研究

The paradigm and blueprint of lineage segregation of early mouse embryo is established during gastrulation in which progenitors of various cell fates are regionalized and patterned in different embryo positions. The dynamic transcriptome landscape underpinning the cell fates determination for mesoderm lineage is unknown. In order to unravel the molecular regulation of early mesoderm, particularly for heart and blood mesoderm progenitors, we proposed a spatial transcriptome study encompassing the whole gastrulation process. Combined with single-cell RNA-seq at different developmental time-points, we are able to resolve the lineage differentiating trajectories and molecular determinants that establish e.g. the early heart and blood mesoderm lineage. This study should provide insightful instructions for stem cell based translational medicine, particularly for mesoderm-related stem cell lineages.

哺乳动物的早期胚胎发育，经过原肠运动形成外、中、内三个胚层，建立整个器官和组织发生的蓝图，继而发育成为完整的个体，是生命体一生中最重要的分子事件之一。中胚层最终发育成为血液、血管、心脏、肌肉、软骨等细胞谱系，在临床转化医学上具有重要的价值，然而胚胎中胚层的产生、决定、发育命运以及模式建成都还很不清晰，中胚层的早期发育谱系缺少研究。本项目申请利用申请人建立的空间转录组测序技术（Geo-seq），系统研究胚胎中胚层的发育谱系和模式建成，结合单细胞RNA测序，特别关注心脏以及血液中胚层的器官前体来源，从时空动态四维转录组水平上阐述中胚层在胚胎中的早期细胞谱系，揭示早期中胚层模式建成中关键的分子调控网络和标记基因，为中胚层相关的体外干细胞定向分化提供指导。

中胚层是多种重要器官的发育来源，其体内的谱系层级机制一直不是很明确。项目启动时候，相应的空间转录组分析还是新兴的技术体系，对发育与谱系分析的强大能力由申请人在2016年Dev Cell上的工作开始体现。在项目执行的期间，新的技术与体系产生迭代，领域内获得了快速的发展。本项目设计具有前瞻性，整体上按照年度计划，超额完成。已全部完成E5.5发育到E9.0每半天包含中胚层空间转录本图谱的构建，并取得多项例如中胚层新的谱系来源的重要学术进展，培养了多名重要的青年人才。后续将在本项目完成的成绩上进一步拓展和凝炼重要科学问题，推动对中胚层体内发育的时空动态多维谱系的构建、阐明重要的中胚层前体细胞与功能细胞的发育分化机制。