细胞命运谱系追踪是发育生物学的经典问题之一。最早的谱系追踪研究甚至可以追溯到19世纪。斑马鱼早期胚胎发育完全透明,使其成为谱系追踪研究最合适的模式动物之一。脊椎动物内胚层主要贡献到未来由咽至肛门的呼吸道上皮,消化道上皮及其附属器官,如肝脏,胰腺,胆管系统,甲状腺,胸腺以及哺乳动物中的气管和肺脏（斑马鱼中的鳔）。内胚层器官前体的研究会为相关器官发育和疾病的研究提供重要线索。斑马鱼早期内胚层细胞呈单层排列,为内胚层细胞的谱系追踪提供了特别的便利条件。我们希望能将对前肠内胚层器官前体的追踪推进到发育上更早的时间点,并实现单细胞分辨率的谱系追踪,为此,我们选择了斑马鱼3-4体节时期的内胚层作为研究对象。内胚层细胞在此时期命运有可能仍未定型,但是其分化方向已经有迹可循,与其此时在细胞中所处的位置十分相关。首先,我们建立了内胚层细胞被可变色荧光蛋白h Kik GR1标记的Tg（sox17:h Kik GR1）转基因斑马鱼品系,然后对斑马鱼3-4体节时期位于第1-4体节及其前后的共计274个内胚层细胞位置逐个进行谱系追踪。我们每次选择一个细胞进行准确光操作使其荧光蛋白由绿色变成红色,待胚胎发育到48 hpf定位该红色细胞的全部子代细胞所处的位置及数量,这样完成一次谱系定位。对每细胞位置完成至少三次谱系定位后,通过统计逾1000次追踪结果,根据每个细胞的子代细胞定位于各消化器官的比例,我们完成了斑马鱼早期前肠内胚层单细胞分辨率谱系定位图谱。根据图谱,我们发现,肝脏、胰腺的前体细胞分别位于中线两侧比较集中的对称的区域,与肝脏前体细胞区域相比,胰腺前体细胞在A-P轴上占据的区域更宽但更靠近中线。鳔前体细胞同样在中线两侧对称分布,相较肝脏和胰腺前体细胞,处在A-P轴更前端。肝脏、胰腺、肠道前体细胞区域的互补性较强,说明早在原肠期结束后,各内胚层器官前体细胞便已集中在内胚层的特定区域。根据上述图谱,我们使用前述荧光变色技术针对一部分胰腺前体细胞再次谱系追踪,定位其子代细胞在32-36 hpf的分布和数量。统计结果显示,背侧胰腺芽基前体细胞与腹侧胰腺芽基前体细胞位于不同区域,背侧胰腺芽基前体细胞更接近中线,且在A-P轴上分布更宽。为了获得各前体细胞群的特异性分子标记和重要命运决定因子,我们采用荧光变色技术对肝脏、胰腺和消化道前体细胞群分别进行细胞群变色,然后通过流式细胞技术将这些前体细胞群分别分选出来,再利用少量细胞RNA-seq获得各前体细胞群的转录组。转录组分析中,胰腺,肝脏和消化道前体细胞群三组样品获得逾20,000个表达基因。经差异基因表达分析,我们获得了胰腺、肝脏、消化道组三组间逾400个显著差异表达基因。其中,胰腺与肝脏比较组,194个显著差异表达基因;胰腺与消化道比较组,257个显著差异表达基因;肝脏与消化道比较组,122个显著差异表达基因。三个比较组中共同出现3个显著差异表达基因。经过显著差异表达基因富集分析,我们获得了一些显著差异的信号通路。转录组分析获得的显著差异基因和信号通路中存在各前体细胞群的潜在分子标记和重要命运决定因子,为我们后续确定各前体细胞群的身份特征和分化关键点研究奠定基础。日益流行的糖尿病等人类胰腺疾病给人类健康带来了巨大的威胁,因此生物学领域和医学领域有大量研究致力于更深入地了解并治愈此类疾病。器官再生过程中是否重复了器官发育中的事件,是否受到相同机制的调控,是发育生物学研究中的一个重要问题。这个问题不仅对于理解器官再生很重要,对不断改进人工诱导细胞重编程和分化以获得有功能的特定细胞也很有意义。因此,在进行内胚层前体细胞谱系追踪的同时,我们也以胰内分泌腺β细胞为例进行了针对内胚层器官的再生问题的研究。我们建立了基于遗传与化学结合杀伤法的斑马鱼胰内分泌腺β细胞时空特异性杀伤的转基因模型Tg（ins:CFP-NTR）。该模型可以实现对胚胎期斑马鱼胰内分泌腺β细胞的近全部杀伤。β细胞近全部杀伤后的斑马鱼胚胎可在7小时左右见到新生的β细胞,并持续增加。我们将此转基因模型与其他重要β细胞发育调控因子的荧光报告转基因系杂交,并观察这些调控因子在β细胞再生过程中的表达模式。结果发现,预先存在的neurod,pdx1,mnx1,或nkx2.2a阳性细胞可以贡献为再生的β细胞。进一步的统计数据显示,再生产生的新生β细胞中,neurod,pdx1,mnx1,和nkx2.2a的表达阳性比例互不相同,且在对照组和杀伤组有时呈现不同的表达模式。结合我们的统计数据,已发表的该四个基因在发育中正常表达模式的信息,以及已有的斑马鱼胰内分泌腺β细胞再生来源的报道,我们分析认为,pdx1+mnx1+nkx2.2a+三阳性新生β细胞不适合任何现有再生模型,暗示可能存在胰腺前体细胞成为再生中新生的β细胞来源。