在怀孕期间，家鼠一开始只是一个受精细胞，三周后就准备好进入这个世界，成为一个由超过 5 亿个细胞组成的自由生活的幼崽。

科学家们渴望了解家鼠(Mus musculus)的基因组如何协调这一常规但令人震惊的转变。尽管老鼠的怀孕期要短得多，但它与人类有许多进化上的共性。它不仅提供了哺乳动物产前发育的有用科学模型，而且还可能揭示人类怀孕期间发生的一些基础知识。

然而，确定驱动形成完整新生小鼠的数百种细胞类型的时间和外观的基因活性非常困难，并且其所有部分都位于正确的位置。部分由于细胞数量巨大，小鼠早期胚胎发育的遗传动因之前已经以相当长的时间间隔进行了粗略采样，例如日常观察。

新技术使科学家能够以更短、更精确的时间间隔，更好地分析细胞核(单个细胞内的控制中心)的遗传情况，并分析 83 个小鼠胚胎中总共超过 1200 万个细胞。这使他们能够在单细胞水平上获得小鼠产前发育的改进的、带注释的延时。

他们的分析从每个胚胎首次将自身塑造成多层结构(原肠胚)时开始，并持续到出生。

他们的研究结果发表在 2 月 14 日的《自然》杂志上。该论文的主要作者是西雅图华盛顿大学医学院基因组科学系的 Chenqyang Qiu 和 Beth K. Martin，以及缅因州巴港杰克逊实验室的 Ian C. Welsh。资深作者包括杰克逊实验室的 Stephen A. Murray、华盛顿大学医学院干细胞和再生医学研究所基因组科学副教授兼研究员 Cole Trapnell 以及华盛顿大学医学院基因组科学教授 Jay Shendure。布罗特曼巴蒂精密医学研究所、艾伦细胞谱系追踪发现中心、西雅图合成生物学中心的科学主任，以及霍华德休斯医学研究所的研究员。

科学家们写道，他们希望深度采样能够帮助“对整个产前发育过程中的转录动态有更全面、连续的了解”。

转录动力学是指细胞读取基因组各个部分中包含的计划并采取行动的时间。这种时间敏感的活动对于产生指导胚胎发育每个阶段所需的细胞类型的产生和迁移的蛋白质至关重要。

科学家们应用了一种称为优化单细胞组合索引 RNA 测序 (sci-RNA-seq) 的方法，从产前发育到出生的八天期间，每隔两到六小时确定细胞的转录状态。根据这些信息，研究人员能够注释数百种细胞类型，并探索肾脏、视网膜、早期神经元和其他组织的形成。

将这些最新信息与通过开放科学获得的其他已发表的数据相结合，研究人员构建了一个树，概述了从受精卵到新生幼崽的小鼠产前发育过程中的细胞类型谱系和关系。在这棵树中，他们还提出了哪些基因可能在活体发育胚胎中发挥作用，以引导数百种细胞类型的出现。

小鼠幼崽出生后，科学家们立即注意到几种细胞的细胞核发生了巨大的、突然的转录变化，例如气道、肝脏和脂肪组织中的细胞核。科学家们推测，这些变化可能是生理上必要的，因为与胎盘相关的生命和子宫外的生命之间发生了深刻的破坏。

刚出生的幼崽突然需要呼吸空气，在与母亲的营养隔绝后维持正常的血糖水平，并保持身体处于合适的温度。然而，还有更多在出生后不久的适应性功能尚不清楚的基因也被发现了。这意味着什么值得探索。

科学家们指出，从子宫到外界的转变已经被认为“充满了生理危险”。

研究人员补充说，出生过程中快速转录变化的动力学模式比最初意识到的要复杂得多，并且与剖腹产的幼崽相比，有些可能与阴道分娩的幼崽有关。

在讨论他们的研究时，研究人员解释说，他们的目标“不是学习特定的生物学知识，而是为全面了解哺乳动物的发育奠定基础。” 他们补充说，这项研究中检查的数据集“是假设的丰富来源”，例如暗示可能驱动所有产前细胞类型出现的转录因子。

研究人员还希望此类研究将为研究哺乳动物发育的基因组基础提供一个全球框架，甚至可能包括出生后的里程碑。在哺乳动物从受孕到死亡的整个生命周期中，遗传机制的单细胞延时可能是此类研究的最终目标。