Elle est connue pour son travail de pionnière en génétique du développement. Elle a montré que des mutations génétiques pouvaient être introduites dans la lignée germinale de souris en utilisant des cellules souches embryonnaires génétiquement modifiées,. Cette découverte a ouvert un champ d'expérimentation majeur pour les biologistes et les cliniciens,,.
Elle est restée à l'université de Cambridge pour sa bourse postdoctorale et a continué à y travailler en tant qu'assistante de recherche après la fin de sa bourse. Elle a d'abord été professeure à l'université Columbia puis à l'université Harvard avant de déménager à l'Université d'Oxford. Dans son laboratoire de Columbia, elle a été la première à montrer que les cellules souches embryonnaires portant des mutations génétiques pouvaient contribuer à toutes les parties du corps de la souris adulte, y compris les cellules qui finissent par constituer les gamètes, à savoir les spermatozoïdes et les ovules. Ces mutations peuvent donc être transmises à la génération suivante,. Elle a utilisé cette approche pour tester le rôle des facteurs de croissance spécifiques dans le développement embryonnaire et pour rechercher des gènes inconnus qui empêchent le développement normal,. Les travaux de Robertson ont été parmi les premiers à montrer que la perturbation de nombreux gènes a étonnamment peu d'effet sur le développement et le phénotype organique,, et démontrent la robustesse des systèmes biologiques. Elle a également contribué à comprendre comment l'embryon précoce détermine la polarité antéro-postérieure, et les mécanismes qui modélisent l'embryon de gauche à droite.
2016: médaille royale «pour son travail innovant dans le domaine de l'embryologie et du développement de la souris, établissant les voies impliquées dans la planification corporelle précoce de l'embryon de mammifère»
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