小鼠发育中的胎盘起源于胚外外胚层 （ExE），对哺乳动物胚胎发育至关重要。然而，对 ExE 的分化动力学及其与胚胎本身的相互作用的公正表征仍然不完整。在这里，我们开发了一个小鼠原肠胚形成的时间单细胞模型，该模型绘制了胚胎和胚外谱系中的连续和平行分化。这与三向扰动方法相匹配，以靶向来自胚胎本身、单独 ExE 或两者兼而有之的信号传导。我们表明 ExE 规范涉及未定型的外胎盘锥细胞和绒毛膜祖细胞的早期空间和转录分叉。来自绒毛膜祖细胞的早期 BMP4 信号传导是未定型外胎盘锥细胞正确分化所必需的，后来是它们向滋养层巨细胞的规范所必需的。我们还发现 BMP4 在胚胎中具有双相调节作用。早期 ExE 起源的 BMP4 信号对于适当的中胚层分叉以及尿囊和原始生殖细胞规格是必需的。然而，从胚胎第 7.5 天开始，胚胎来源的 BMP4 通过有利于其胚外中胚层前体分化为尿囊命运来限制原始生殖细胞池的大小。因此，ExE 和胚胎组织在时间、空间和信号轴上纠缠在一起，突出了它们在体内和体外综合理解和建模的重要性。
使用双管齐下的方法严格验证了 ExE 中细胞的代表性。最初，计算每个年龄组的 ExE 与胚胎细胞比率，从而对整个发育阶段 ExE 细胞的相对丰度进行定量评估。作为比率计算的补充，来自先前研究的细胞核计数数据12,14 元用于估计不同发育阶段的 ExE 细胞数量。通过将当前研究中的每个胚胎与先前数据集中的相应胚胎系统地配对，根据形态学阶段将它们对齐，对数据集进行了协调。
尽管驱动这一过程的许多（也许是大多数）主要因素的身份是已知的，但我们的分析将促使进一步的工作，在空间和时间上仔细和精确地定位原肠胚细胞和信号。这对于阐明细胞命运决定和调节胚胎和胚外集合自组织的细胞外源机制至关重要。更一般地说，这将是将细胞图谱转化为动态和机械开发模型的关键一步。
我们提出时间依赖性的 BMP4 响应可能至少部分是这种现象的基础。值得注意的是，我们不能排除后来的 PGC 前体对应于未能建立 PGC 程序并因此采用 ExM 命运的 ExM 细胞群的可能性。谱系追踪技术的当前进展有望进一步阐明这一有趣谱系的分化动态。
为了从功能上检查胚胎和 ExE 之间的时间和多谱系协调，我们将时间分辨模型与谱系特异性基因扰动相结合。我们调整了检测方法，分别靶向胚胎组织和 ExE 组织中的基因（一起或单独），重点关注 BMP4——研究最深入的驱动 ExE-胚胎界面原肠胚形成的信号因子之一。我们的模型阐明了其关键的特定于时间和上下文的功能。
值得注意的是，虽然中胚层基因的初始表达对于 PGC 的形成至关重要，但这些相同基因的持续表达是有害的，就像在 Blimp1 缺失胚胎中一样34,42 元.这些发现表明，在原肠胚形成过程中，BMP4 对 PGC 命运获得的时间定义控制。首先，通过诱导近端后上胚层内的细胞在早期条纹阶段附近采用种系命运34、39、41、42 元;其次，在 ExM PGC 前体的最终招募期间限制 PGC 库。长期以来，限制 PGC 池大小的机制一直存在争议7.在这里，我们提出时间依赖性的 BMP4 响应可能至少部分是这种现象的基础。值得注意的是，我们不能排除后来的 PGC 前体对应于未能建立 PGC 程序并因此采用 ExM 命运的 ExM 细胞群的可能性。谱系追踪技术的当前进展有望进一步阐明这一有趣谱系的分化动态。
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