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2018年新技術(shù):追蹤細(xì)胞血統(tǒng)

 周婷111 2018-01-12

一些復(fù)雜的細(xì)胞條形碼技術(shù)正在改變細(xì)胞系

秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)(Caenorhabditis elegans)是著名的模式動(dòng)物,,以其細(xì)胞家族樹(shù)而聞名,通過(guò)一系列的細(xì)胞分裂產(chǎn)生各種成體細(xì)胞類(lèi)型,。在二十世紀(jì)七十年代中期,,科學(xué)家們付出了巨大的努力,在無(wú)數(shù)個(gè)小時(shí)的基本顯微鏡探索中記錄了這棵細(xì)胞樹(shù),,這是一個(gè)傳奇,。


近幾十年來(lái),體內(nèi)標(biāo)記和追蹤細(xì)胞的方法已經(jīng)得到長(zhǎng)足的發(fā)展,但近期的一系列新方法延伸了譜系研究的范圍——新工具能獲得非常多樣的細(xì)胞標(biāo)記,,并以高分辨率解析它們,。


譜系信息對(duì)于理解諸如器官發(fā)生,細(xì)胞命運(yùn)選擇,,細(xì)胞遷移和腫瘤演化等現(xiàn)象非常重要,。目前已經(jīng)有許多方法可以用于追蹤細(xì)胞,染料或在細(xì)胞,,細(xì)胞群中引入遺傳標(biāo)記,,然后在其后代鑒定譜系關(guān)系。其次,,還有一組方法追蹤更多的祖細(xì)胞,,例如,稀疏重組(sparse recombination)可以通過(guò)熒光報(bào)告分子的不同組合來(lái)標(biāo)記獨(dú)特顏色,,從而標(biāo)記細(xì)胞,。還有利用編碼高多樣性DNA條形碼的病毒文庫(kù)轉(zhuǎn)染細(xì)胞,再對(duì)后代進(jìn)行測(cè)序分析,。


新一代的工具也利用CRISPR系統(tǒng)在體內(nèi)發(fā)展細(xì)胞條碼,。


Cas9核酸酶由導(dǎo)向RNA引導(dǎo)到特定的條形碼區(qū)域,進(jìn)行剪切,,從而在修復(fù)過(guò)程中獲得一個(gè)獨(dú)特的插入或缺失,,這種改變隨著時(shí)間而積累。有些是采用整合GFP報(bào)告基因作為靶標(biāo),,生成條形碼,,有些是利用的合成多聚靶標(biāo)位點(diǎn)(見(jiàn)后),或者導(dǎo)向RNA本身,。通過(guò)測(cè)序讀出條形碼,,或者通過(guò)順序熒光原位雜交得出。


現(xiàn)在這些變化已經(jīng)被用于通過(guò)單細(xì)胞RNA測(cè)序,,獲取高分辨率譜系和轉(zhuǎn)錄組readouts,。未來(lái)期待在條碼保真度和解讀方面,表觀遺傳學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合方面,,條碼生成的時(shí)間和位置控制方面,,還有整個(gè)生物譜系應(yīng)用等方面都能有進(jìn)一步的改進(jìn)。


CRISPR與單細(xì)胞技術(shù)突破:細(xì)胞的祖宗十八代

加州理工學(xué)院的研究人員研發(fā)出了一種新技術(shù): MEMOIR ,,這種技術(shù)能讀取單個(gè)細(xì)胞的歷史與“家族進(jìn)化樹(shù)”,,也就是說(shuō),能記錄下來(lái)動(dòng)物細(xì)胞的生活歷史,,比如它們與其它細(xì)胞的關(guān)系,與其它細(xì)胞的交流,還有在它身上發(fā)生的影響力事件,。


生物學(xué)家利用DNA追蹤人類(lèi)和其他動(dòng)物物種的血統(tǒng),,同樣分子生物學(xué)家也可以使用DNA追蹤細(xì)胞譜系。隨著動(dòng)物的發(fā)育,,它們的細(xì)胞分裂,,大量繁殖,生成新的下一代,??茖W(xué)家們一直希望能研發(fā)出重構(gòu)細(xì)胞家族譜系,了解細(xì)胞何時(shí)以及如何生長(zhǎng)的技術(shù)方法,。

現(xiàn)在有兩種功能強(qiáng)大的新工具能做到這一點(diǎn),,一個(gè)就是基因組編輯,CRISPR能在任何靶標(biāo)上改變遺傳密碼,,這樣細(xì)胞基因組中的變化就能傳遞給下一代,。分析這些編輯模式,研究人員就能識(shí)別出細(xì)胞的共同祖先,,找到它們的親戚,。

另外一個(gè)工具就是sequential single molecule Fluorescence In Situ Hybridization(順序單分子熒光原位雜交技術(shù),生物通譯),,簡(jiǎn)稱(chēng)為 seqFISH ,,這是蔡教授研究組開(kāi)放的,能分析單個(gè)細(xì)胞中的活性基因,。在近期Neuron的一篇文章中,,這一研究組證實(shí)了這一技術(shù)能用于確定單細(xì)胞中超過(guò)200個(gè)基因的表達(dá)水平。而且這一方法還能幫助研究人員分析體內(nèi)原位細(xì)胞中的基因活性,,之前的技術(shù)只能針對(duì)分離細(xì)胞,。

這項(xiàng)研究將兩者結(jié)合了起來(lái):利用seqFISH 技術(shù)追蹤 CRISPR編輯基因組中的變化。

 

參考文獻(xiàn):

Massively parallel clonal analysis using CRISPR/Cas9 induced genetic scars

Synthetic recording and in situ readout of lineage information in single cells

 




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