细胞谱系

细胞谱系表示受精胚胎的组织或器官的发育史。 这是基于随着时间的推移，由于细胞分裂和重新定位而导致的生物体细胞祖先的追踪，这从原始细胞开始，到不能再分裂的成熟细胞结束。

这种类型的谱系可以通过标记细胞（用荧光分子或其他可追踪标记）并在细胞分裂后追踪其后代来研究。 一些生物体，如秀丽隐杆线虫，具有预定的细胞后代模式，成年雄性将始终由 1031 个细胞组成，这是因为秀丽隐杆线虫的细胞分裂是基因决定的，被称为 eutely。 这导致细胞谱系和细胞命运高度相关。 其他生物，例如人类，具有可变的谱系和体细胞数量。

作为细胞谱系的首批先驱之一，Sydney Brenner 博士在 1960 年代首先开始观察线虫秀丽隐杆线虫的细胞分化和演替。 Brenner 博士之所以选择这种生物，是因为它具有透明的身体、快速的繁殖能力、易于接近的特点，而且体积小，非常适合在显微镜下追踪细胞谱系。

到 1976 年，Brenner 博士和他的同事 John Sulston 博士已经确定了秀丽隐杆线虫正在发育的神经系统中的部分细胞谱系。 初步结果表明，线虫是无胚的（每个个体都经历相同的分化途径），但 Sulston 和 Richard Horvitz 的研究表明，在孵化后，繁殖所必需的几种细胞会分化。 这些细胞包括外阴细胞以及肌肉和神经元。 这项研究还导致了对程序性细胞死亡或细胞凋亡的初步观察。

在绘制了秀丽隐杆线虫细胞谱系的各个部分后，Brenner 博士和他的同事能够拼凑出xxx张完整且可重复的细胞谱系命运图。 他们后来因在器官发育和程序性细胞死亡的遗传调控方面的工作而获得了 2002 年诺贝尔奖。 由于线虫是雌雄同体，因此由雄性和雌性器官组成，它们储存精子并能够自我受精。 秀丽隐杆线虫包含 302 个神经元和 959 个体细胞，它们从 1031 个开始，其中 72 个经历细胞凋亡，即程序性细胞死亡。 这使得 c.elegana 模型生物用于研究细胞谱系，并且由于其透明表型而能够观察细胞分裂。

Whitman 在 1870 年代进行了最早的细胞谱系研究之一，他研究了水蛭和小型无脊椎动物的卵裂模式。 他发现一些类群，如线虫和海鞘，形成了一种细胞分裂模式，这种模式在个体之间是相同的，而且是不变的。 细胞谱系和细胞命运之间的这种高度相关性被认为是由分裂细胞内的分离因子决定的。 其他生物具有固定的细胞分裂模式并产生亚系，这些亚系是特定前体细胞的后代。 这些更多变的细胞命运被认为是由于细胞与环境的相互作用。 由于在更准确地追踪细胞方面取得了新的突破，这有助于生物界，因为现在使用各种颜色来显示原始细胞并且能够轻松追踪。 这些颜色是荧光的，并通过注射来标记蛋白质，以追踪这些细胞。

细胞谱系可以通过两种方法确定，通过直接观察或通过克隆分析。 在 19 世纪早期，直接观察被使用，但是它有很大的局限性，因为只能研究小的透明样本。 随着共聚焦显微镜的发明，可以研究更大更复杂的生物体。

也许遗传时代最流行的细胞命运图谱方法是通过由 Cre-Lox 或 FLP-FRT 系统介导的位点特异性重组。 通过利用 Cre-Lox 或 FLP-FRT 重组系统，报告基因（通常编码荧光蛋白）被激活并xxx标记感兴趣的细胞及其后代细胞，因此称为细胞谱系追踪。 有了这个系统，研究人员可以通过设计一个遗传模型来研究他们最喜欢的基因在决定细胞命运中的功能，在这个模型中，一个细胞内的一个重组事件被设计用于操纵感兴趣的基因，另一个重组事件被设计用于激活一个报告基因。 一个小问题是两个重组事件可能不会同时发生，因此需要谨慎解释结果。 此外，一些荧光报告基因的重组阈值非常低，以至于它们可能在没有诱导的情况下在不需要的时间点标记细胞群。