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哺乳动物血液系统为中胚层起源,在发育早期具有多位点起始、多谱系层级等特征。解析血液发生过程的细胞命运和分子机制对再生医学意义重大。造血干细胞（Hematopoietic stem cell,HSC）是个体血液系统形成的基础,并且通过自我更新（Self-renewal）和多系分化（Multilineage differentiation）维持个体整个生命周期的血液系统功能。一般认为,胚胎时期的造血干细胞起源于主动脉-性腺-中肾区域（Aorta-gonad-mesonephros,AGM）的背主动脉（Dorsal aorta）腹侧,由一群具有生血潜能的内皮细胞（Hemogenic endothelial cell,HEC）经内皮生血转化（Endothelial to hematopoietic transition,EHT）发育而来。目前关于造血干细胞起源的认识大部分都是基于小鼠,斑马鱼等模式动物的研究。由于早期人胚样本较难获得,以及细胞数量相对较少,人们对于人胚造血干细胞的发生过程仍然知之甚少,尤其是关于HSC前体细胞HEC的特征及其富集策略,亟待通过高效的方法和手段加以解析。本研究中,我们首先对胚胎背主动脉的细胞进行基于10x Genomics平台的单细胞转录组测序（sc RNA-seq）,分析鉴定出一群特异性高表达RUNX1的内皮细胞,功能富集分析该群体具有明显的RNA合成和代谢活跃等特征;通过对差异基因中表面标志分子的筛选,我们推测CD44具有在内皮细胞中富集生血内皮细胞的潜能。随后,我们对背主动脉区域的内皮细胞中CD44+和CD44-的群体进行富集测序（Single cell tagged reverse transcription sequencing,STRT-Seq）,发现CD44+主要富集了动脉内皮细胞,而CD44-主要富集了静脉内皮细胞,并且在动脉内皮细胞中分离出一群表达RUNX1,MYB和ANGPT1的生血内皮细胞,功能富集分析显示这群生血内皮细胞同样表现出显著的核糖体代谢等特征。随后,我们使用STRT-Seq对背主动脉中的CD34+CD45+的造血干祖细胞（HSPC）进行了测序,分析鉴定出一个淋系祖细胞和一个髓系祖细胞亚群,以及三个分别表现为明显动脉特征、细胞周期活跃以及相对成熟的造血干祖细胞亚群。联合所有的内皮细胞和造血干祖细胞群体,我们构建了胚胎背主动脉区内皮生血转化过程中细胞特化的路径,并发现一些基因,如EMCN,PROCR和RUNX1T1会在内皮向造血命运决定的时刻呈现瞬时上调表达的趋势。通过对极早期胚胎体进行测序分析,我们发现了一群同样兼具内皮和生血特征的早期生血内皮细胞。相比于背主动脉生血内皮细胞,早期生血内皮细胞缺乏动脉特征和Notch信号的富集。联合所有的内皮造血细胞进行分析,我们推测早期生血内皮细胞不需要经历类似于背主动脉生血内皮细胞的动脉化过程,而直接分化产生造血细胞。最后,利用配-受体对分析,我们解析了背主动脉区域不同间质,上皮和内皮细胞群体与生血内皮细胞的潜在互作关系,并提示了Notch,BMP4,TGF-beta等信号通路在生血微环境形成过程中潜在的调控作用。同样,我们利用sc RNA-seq解析了人胚发育过程中卵黄囊和胎肝中细胞异质性,明确了其中巨核细胞的转录组特征。通过比较分析,我们发现卵黄囊中的巨核细胞主要呈现糖酵解等特征,而胎肝中的巨核细胞主要呈现周期活跃等特征。进一步地,我们整合并分析了巨核细胞自身的异质性,发现其除了产生血小板的常规巨核细胞亚群,还包含了一群胞外基质特征明显的微环境形成巨核细胞,和一群CD14+免疫调节特性的巨核细胞。通过假时序分析,我们发现这些不同的巨核细胞亚群呈现两种分化模式并且具有不同的转录调控机制。总的来说,我们围绕造血干细胞发生过程和巨核细胞异质性,利用单细胞转录组测序解析了人胚早期造血系统发育的分子细胞图谱。我们首先在背主动脉区域捕获到一群兼具动脉内皮特征和生血特征的造血干细胞;进一步的筛选发现CD44是能够高效富集生血内皮的表面标志分子;随后我们又解析了背主动脉区域造血干祖细胞的异质性,并联合动脉内皮细胞和生血内皮细胞,绘制了内皮生血转化的细胞发育路径和探究了该过程中的分子变化规律;此外,我们在极早期的胚内发现了一群缺乏动脉内皮特征的早期生血内皮细胞;并且通过分析背主动脉区不同细胞群体与生血内皮细胞的互作,在分子水平上阐释了生血微环境异质性;最后,我们解析了巨核细胞的发育位点差异和群体的异质性,及其分化过程的调控模式。这些发现不仅填补了人胚早期血液系统发生过程的知识空缺,同时也为血液相关疾病的治疗尤其是体外血液再生策略提供重要理论基础。