單細胞譜系追蹤可記錄細胞分裂歷史，為解析發育生物學規律和疾病發生機制提供了關鍵性研究工具。當前主流方法依賴基因編輯，通過對外源人工條形碼的定向編輯來標記細胞譜系，但該方法不適用于臨床樣品。線粒體DNA因其高突變率和易檢測性，在人體譜系追蹤中展現出巨大潛力。然而，受其多拷貝性和高度動態性影響，線粒體譜系追蹤的準確性和適用性尚存不確定性，需系統評估與方法優化以提升其實用性。

北京時間3月26日，中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所胡政研究員團隊、馬晴研究員團隊聯合中山大學徐錦教授團隊在Genome Biology雜志在線發表了題為Clonal expansion dictates the efficacy of mitochondrial lineage tracing in single cells的研究論文。本研究結合計算仿真模型與單細胞多組學數據分析，系統評估線粒體譜系追蹤技術在不同生物學情景下的適用性。結果表明，克隆擴張強度顯著影響線粒體譜系追蹤效果，首次提出“譜系信息評分”（LIS），可量化線粒體DNA突變的譜系標記準確性，為線粒體譜系追蹤的實際應用提供關鍵理論指導。

團隊首先利用計算仿真框架模擬了不同克隆擴張強度下線粒體DNA突變的動態演化，發現胚系線粒體異質性突變（germline mtDNA heteroplasmy）仍具克隆譜系標記能力，尤其在強克隆擴張環境（如腫瘤）中追蹤準確性更高。同時，細胞內低頻線粒體突變可實現深度譜系樹的重構，但受限于當前單細胞測序的低覆蓋度，亟需開發高深度單細胞線粒體測序技術。為量化線粒體DNA突變的克隆標記能力，團隊首次提出“譜系信息評分”（LIS）指標，顯著提升對有效譜系標記的鑒定及對組織克隆結構的解析能力。基于多模態單細胞數據分析，研究進一步驗證了線粒體譜系追蹤在強克隆擴增環境（如克隆性造血、免疫反應等）中的優越性，且高LIS值的突變表現出更高的譜系追蹤準確性。

總之，本研究系統解析了線粒體DNA突變在細胞分裂過程中的動態特征，量化其在不同生物學場景下的譜系追蹤能力，為線粒體譜系追蹤技術的應用提供理論指導，并有望推進基于臨床樣品的細胞命運和克隆演化研究。

中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所助理研究員王鑫、廈門大學數學科學學院博士研究生王琨、中山大學生命科學學院博士后張衛星為該論文的共同第一作者。中國科學院深圳先進技術研究院胡政研究員、馬晴研究員和中山大學徐錦教授為該論文的共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、深圳合成生物學創新研究院等項目的支持。

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系統評估線粒體譜系追蹤方法的準確性和適用性，提出單細胞譜系追蹤的量化評分體系，為基于臨床樣品的細胞譜系研究提供理論指導