把發育歷史寫進DNA：128萬個小鼠細胞串起胚胎家族樹

一顆受精卵如何長成具有不同器官的身體，答案藏在無數次細胞分裂與分化之中。只看發育某一刻的細胞，能辨認它們當下的身分，卻難以追問它們從何而來。研究團隊如今讓小鼠胚胎把這段歷史寫進自己的DNA，再讀出紀錄，重建涵蓋約128萬個細胞的家族樹，將受精卵與器官形成後期的細胞連在一起。

這項於2026年10月8日刊登在《Science》的研究，由華盛頓大學Jay Shendure與達特茅斯學院Chengxiang Qiu共同領導。團隊使用名為DNA Typewriter的基因組記錄系統，讓受精卵發育至第13.5天，再從約158萬個細胞核讀取記錄標記。最終譜系樹納入1,281,141個細胞，涵蓋138種細胞類型；依Allen Institute與研究資源NextCell的說明，這約占該階段胚胎細胞總數的一成。

這套「打字機」使用先導編輯工具，依序把短小的DNA符號寫入人工設計的記錄帶。每個細胞帶有11條記錄帶，每條有6個位置；既有標記會隨分裂傳給子細胞，新的標記則接續留下。研究者比較細胞共享的符號及排列順序，便能推算共同祖先與分支時間，再結合基因表現資料，連起細胞的出身與最終身分。

其中一次關鍵記錄出現在受精卵首次分裂時，讓研究者得以辨認最初兩個子細胞的後代。Allen Institute指出，兩條分支對納入分析的後代細胞貢獻約為57%與42%，但各自產生的細胞類型比例相近。至少在這個胚胎裡，後代數量較多，並未伴隨同樣明顯的組織種類偏向。

沿著分支向回追溯，團隊也估算不同細胞類型何時走上較受限的發育路徑。血液與視網膜相關細胞較早確立命運，形成皮膚外層的細胞則較晚。這些結果呼應既有發育研究，並在同一個胚胎的譜系中呈現：各種組織並非同時完成分工，而是依照不同時程逐步形成。

這幅圖仍有清楚的邊界。團隊從100顆受精卵開始嘗試，最後取得10個胚胎供檢查，深入重建集中在記錄最豐富的一個，因此還不能據此判定不同胚胎之間的變異。NextCell也特別區分譜系關係與祖先身分：樹上的親緣關係由記錄重建，祖先細胞類型則由模型推估，並非在過去每個時間點直接量測所得。

研究者已透過NextCell開放互動式譜系樹、下載資料與分析程式，定序資料則收錄於GEO資料庫，編號為GSE341627。這套工具的價值，在於為正常發育建立可追溯的參照，未來可用來研究先天缺陷、癌細胞擴增，或檢查工程化細胞如何取得預期身分。要把這些用途轉成可靠的疾病研究方法，仍須在更多胚胎與實驗條件中驗證。