Les chercheurs ont construit un atlas multi-omique spatio-temporel 3D complet de cellules uniques tout au long du cycle de développement des mouches des fruits, offrant des informations au niveau moléculaire du développement biologique.
La percée devrait faire progresser les recherches sur les défauts de développement et les mécanismes de maladies connexes. L’étude, une collaboration entre la recherche BGI basée à Hangzhou et à l’Université du Sud des sciences et de la technologie à Shenzhen, a été publiée dans la revue Cell.
Les scientifiques décrivent le développement animal comme un processus finement orchestré dans lequel les gènes et les cellules collaborent avec la précision spatio-temporelle.
En utilisant les mouches des fruits comme organisme modèle, ils notent que leur cycle de développement progresse à travers quatre phases bien définies: œuf, larve, pupa et adulte. Tout ce processus de développement peut être comparé à une «production de théâtre vivante» méticuleusement mise en scène, où le calendrier d’entrée de chaque cellule, le positionnement spatial et la transformation ultérieure en types de cellules spécialisés sont tous méticuleusement régulés par des «scripts» génétiques.
L’équipe de recherche a utilisé les technologies autoproclamées de BGI pour effectuer un échantillonnage intensif d’embryons de mouches des fruits à des intervalles de 30 minutes à deux heures, complétés par un échantillonnage systématique des stades larvaires et pupaux à des points de développement clés.
Cette stratégie a généré un ensemble de données massif de plus de 3,8 millions de transcriptomes unicellulaires résolus spatialement, couvrant l’ensemble du cycle de vie.
En utilisant SPATEO, un outil algorithmique pour l’analyse spatio-temporelle, ils ont reconstruit un modèle 3D haute résolution qui a cartographié précisément la dynamique spatiale de la morphologie tissulaire et de l’expression des gènes. En intégrant ces données, les chercheurs ont construit une carte de trajectoire de différenciation, révélant les mécanismes moléculaires fondamentaux qui régissent les décisions du destin cellulaire.
« Les cellules de différentes couches germinales suivent des chemins de différenciation distincts. Les facteurs de transcription agissent comme des« directeurs cellulaires », orchestrant la différenciation en activant ou en réprimant les gènes pour attribuer des rôles spécifiques aux cellules», a déclaré Wang Mingyue, co-premier auteur de l’étude.
Wang a noté que plusieurs facteurs de transcription auparavant inconnus ont été identifiés, jouant potentiellement des rôles critiques dans le système nerveux, l’intestin et le développement endocrinien.
Étant donné qu’environ 70% des gènes liés aux maladies humaines ont des homologues des fruits, cette recherche fournit une référence puissante pour étudier les maladies du développement humain et offre de nouvelles voies pour la recherche biomédicale, a déclaré Wang.
(Couverture: une mouche de fruits. / VCG)
