胚胎发育过程中空间模式如何形成，经典上可由“法国国旗模型”加以解释；在该模型中，细胞通过解读形态发生素浓度阈值来获得位置身份。然而，在许多发育系统中，空间模式并非以这种方式建立，而是通过基因表达的时间程序逐步产生，并进一步转化为空间组织。在短胚型昆虫赤拟谷盗（Tribolium castaneum）中，无论是产生体节的周期性成对规则基因表达，还是建立区域身份的非周期性间隙基因表达，均在后部依次出现，并以波的形式沿发育中的胚胎向前传播。
理解这类时间性基因表达程序如何被转译为空间模式，仍然是一个重大挑战。为解决这一问题，我们开发了一种基于杂交链式反应（hybridization chain reaction, HCR）的序贯多重成像策略，使得在同一胚胎中可视化多达十个前后轴（anterior-posterior, AP）模式形成基因。通过将该方法与内含子—外显子标记相结合，我们建立了一个用于推断 AP 模式形成过程中基因表达动力学及其传播行为的框架。
利用这一框架，我们表明，间隙基因表达域在组织伸长过程中保持动态，并持续传播，这表明空间模式在整个发育过程中都在被主动重塑。随后，我们直接比较了后部的时间性基因激活与成对规则基因和间隙基因最终形成的空间组织。令人惊讶的是，尽管初级成对规则基因在空间中保留了其时间相位关系，间隙基因却并非如此。相反，间隙基因表达域在向前移动的过程中，其相对定位会逐步发生变化，这表明间隙基因最终的空间组织是在传播过程中被主动重塑的，而不是直接继承自初始的时间序列。
间隙基因表达域持续表现出的传播行为提示，这种重塑可能源于基因之间传播动力学的差异，和/或模式形成过程中底层基因调控相互作用的逐步重构。综上，这些发现揭示，时间到空间的模式形成可能涉及时间信息的主动转化，而非仅仅是从时间到空间的简单映射。
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📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.12.724534v1?rss=1
🏷️ 胚胎发育 时空图式形成 基因表达动力学 体节形成 赤拟谷盗 HCR多重成像