果蝇，令人厌烦的小飞虫。到了夏日，厨房里腐烂的水果，是它的最爱。但同时，它也是生物学教科书上的重要知识点，诺贝尔奖殿堂里的常客。

“果蝇与人类共享着约70%的疾病相关基因，是探索生命奥秘的‘黄金模特’。”近日，在杭州华大生命科学研究院实验室里，很“懂”果蝇的博士王明月，向潮新闻记者解读了这只小虫子蕴含的生命密码。

前不久，她和科研团队通过华大自主研发的时空组学技术Stereo-seq，生成了全球首个果蝇全发育周期的3D单细胞时空多组学图谱，研究成果登上国际顶级学术期刊《细胞》。

当人类拥有了一部以果蝇整个发育过程为主题的，分辨率极高的“3D时空电影”以后，会对生命产生什么新启发？随潮新闻一起走近“果蝇宇宙”。

果蝇胚胎的一张切片，科研人员把细胞核进行染色，能看到每个细胞的定位分布 受访对象供图

她在杭州研究果蝇：

“刀尖”上的生命密码

王明月对果蝇的“懂”，是方方面面的。

在整个研究阶段，这位年轻的女科研人员完成了上千张果蝇胚胎切片——

“果蝇胚胎和头发丝差不多细。”她随手捻起几根头发比划着，实验要求每个果蝇胚胎被精准分割成约20片、厚度仅0.007毫米的薄片。“每切一片都需要屏住呼吸。”

“肉眼去看，手工去切，挑战挺大。”问及艰辛，王明月的回答很平和：“熟能生巧，切一只很快，但一轮实验要处理六七只，一整天都钉在操作台前了。”

这是为纳米级“生命电影”采集原始素材的关键工序。那段时间，她和团队成员对果蝇胚胎每0.5-2小时、幼虫及蛹期的各个关键阶段进行了密集采样，通过华大生命科学研究院自研的时空组学技术Stereo-seq技术锁定空间转录组信息，最终生成了超过380万个空间分辨的单细胞转录组数据。

海量数据再经过算法重建，得到了形象的生命图谱——果蝇从胚胎到成虫的蜕变过程，化作了一个高精度的3D模型。

研究团队将它命名为“全景分子时钟”。每分钟，果蝇的哪个细胞在开启了哪些基因，都可以清晰、直白地被看见。

探秘精密复杂的“生命舞台剧”

幕后导演和演员分别是谁？

如果说，动物的生长发育是一场精密编排的“生命舞台剧”，那么每个细胞何时何地“登场”，如何变成特定的细胞类型，便都是由基因“剧本”调控的。

以果蝇为例，它们的发育过程，要经过卵、幼虫、蛹和成虫‌‌4个阶段。这期间，每个细胞都携带着“身份标签”与“未来剧本”。“从分子层面看，每一刻的分子特征能预示下一阶段，它将分化为何种细胞。”王明月介绍。

通过构建胚胎发育的“分化轨迹地图”，科学家们发现，不同胚层细胞沿着特定路径分化，就像演员沿着预设路线登台。其中，脂肪体细胞呈分散式分布，如同游击队员各自为战；而与哺乳动物食管/胃同源的前后肠细胞，则如正规军般在特定区域集结列队。

“当幼虫期的中肠干细胞刚出现时，就已‘预习’成年后的分工，这解释了器官形成的深层机制。”王明月说道。

此外，研究团队也发现了“生命舞台剧”关键的“幕后导演”——转录因子。这些分子"导演"通过激活或抑制特定基因，将指挥细胞扮演不同角色。"我们发现了多个全新转录因子，”王明月解释，"它们在神经系统、肠道和内分泌系统中扮演核心调控角色。”

值得一提的是，果蝇中肠的铜细胞就像体内的“金属管家”，是维持金属离子平衡和胃酸分泌的关键细胞，其功能异常可能导致代谢紊乱。研究团队通过多组学分析，首次发现了在铜细胞发育中发挥核心调控作用的转录因子exex。这将为人类肠道金属代谢研究开辟新路径。

为什么是果蝇？

小生物链接大健康

近100年来，对“果蝇宇宙”的研究一直另科学家们着迷。

从1933年诺贝尔奖颁发给果蝇研究的开山祖师摩尔根以后，共计5次诺贝尔奖被颁发给对果蝇有突破性发现的科学家。2024年，我国首次通过天舟八号货运飞船将果蝇带上太空展开实验，旨在研究在空间亚磁-微重力复合环境下生物体的生长发育、行为表现及基因表达等变化规律。

“果蝇与人类共享约70%的疾病相关基因，”王明月告诉记者，比如，其脂肪体与人类肝脏同源；神经系统可模拟孤独症、抑郁症，肠道模型也能帮助揭示肠炎、肠癌等疾病机制。

因此，当这篇研究成果发布后，不少研究孤独症、肠癌的团队已经联系团队想要开展协同研究。

“我们正在进一步研究相关的疾病和衰老机制。”王明月表示，当知道了正常发育轨迹，之后，这部“生命电影”的镜头将对向那些导致发育缺陷和衰老的“出错细胞”。

“华大的时空组学技术是我们开展研究的一大工具优势。”当千万个细胞的生命轨迹在超高清“纳米级摄像头”的探照下显影为图谱，一个更宏大的梦想逐渐清晰：从果蝇到人类，也许未来，我们也能够在分子时空中凝视自身生命的诞生与成长，看清每个细胞在何时何地书写着我们的生命故事。

来源: 潮新闻

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