血液中的多種不同類型的細胞是如何產生的?長期以來，科學家們一直試圖解答這個問題。根據經典理論，處於不同發育階段的血細胞係像樹那樣長出分枝。樹幹是由造血幹細胞組成的，而它們的分枝是由多種類型的祖細胞組成的。隨後，這些祖細胞進一步長出分枝，產生特化的血細胞，即紅細胞、血小板和多種白細胞。然而，近年來，人們對這種經典理論產生質疑。

在一項研究中，德國癌症研究中心的Hans-Reimer Rodewald和他的合作者們想要捕捉血細胞形成中的動態事件，而不僅是拍照。通過與幹細胞生物學家Thomas Höfer領導的一個團隊密切合作，這些研究人員開發出一種新的技術，從而能夠讓他們準確地追蹤細胞的發育過程。為此，他們給造血幹細胞標記上一種基因條形碼以便隨後能夠清晰地鑒定出它們的後代細胞。相關研究結果在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Polylox barcoding reveals haematopoietic stem cell fates realized in vivo”。

Rodewald說，“基因條形碼之前已被開發出和使用，但是它們是基於也能夠改變細胞性質的方法開展的。我們的條形碼是不同的：它們能夠組織特異性地和直接在小鼠的基因組中被誘導出的，而且並不會影響這些小鼠的生理發育。”這種新技術是基於所謂的Cre/loxP係統開發出的。Cre/loxP係統被用來重排或移除經過特定標記的DNA片段。

Rodewald團隊的Weike Pei和Thorsten Feyerabend培育出在基因組中攜帶這種基因條形碼的小鼠。在選擇的不編碼基因的位點上，這種基因條形碼含有9個來自擬南芥的小DNA片段(也被稱作代碼元件)。這些片段位於10個被稱作IoxP位點的基因切割位點的兩側。通過給予一種藥物試劑，與IoxP位點相匹配的分子剪刀Cre能夠在這些小鼠的造血幹細胞中被激活。隨後，這些代碼元件被隨機地重排或切除。Höfer說，“這種隨機的DNA條形碼產生器能夠產生高達180萬個基因條形碼，我們能夠鑒定出在實驗中僅出現一次的代碼元件。”

當這些經過特殊標記的造血幹細胞發生分裂和成熟時，這些基因條形碼也會保存下來。通過與德國德爾布呂克分子醫學中心合作，這些研究人員開展綜合性的條形碼分析以便追蹤單個血細胞是由哪個造血幹細胞產生的。

這些分析揭示出兩個大的發育分枝在小鼠的造血幹細胞中開始產生：在一個分枝中，免疫係統的T細胞和B細胞產生;在另一個分枝中，紅細胞和多種其他的白細胞如粒細胞和單核細胞會形成。所有這些細胞類型能夠由單個造血幹細胞產生。Rodewald強調道，“我們的發現證實從多能性造血幹細胞開始的層次發育樹經典理論對血細胞生成而言是正確的。”

這些研究人員開發出的這種技術也能夠被用於除研究血細胞發育之外的其他目的。這種策略基本上能夠被應用於任何組織。在未來，它也可能被用來追蹤白血病和其他的癌症的起源。