全球首批生命全景時空圖譜公布！開啟生命研究新領域
2022/5/6   來源：新浪  閱讀數：

今天，細胞出版社以專題形式發布了全球首批生命全景時空圖譜。4篇論文不僅展現出動植物器官形成過程中，細胞的動態演化，還將加深我們對生命演化的認識、有望為遺傳疾病開發全新療法。

其中，介紹小鼠胚胎發育時空圖譜的論文刊登于《細胞》雜志，另外3篇分別展示果蠅、斑馬魚和擬南芥時空圖譜的論文發表于《細胞》子刊《發育細胞》。

研究團隊的目標是繪制不同動植物物種在發育過程中的時空圖譜。時空圖譜反映了細胞在生物體內的時間與空間演化，可以幫助研究人員識別組織內特定細胞的特征，對于理解疾病的形成、篩查疾病有著重要意義。但是，時空圖譜的繪制往往需要成千上萬次實驗。

在這一系列最新研究中，時空組學聯盟使用的是一項全新的時空組學技術：Stereo-seq。借助Stereo-seq技術，科學家可以追溯細胞的精確位置、看清它如何與相鄰的細胞相互影響。僅需1次定位，就可以完成傳統手段需要上萬次嘗試才能獲取的時空圖譜。

Stereo-seq是如何實現這一巨大飛躍的？其技術核心在于DNA納米球陣列與原位DNA捕捉技術的結合：前者可將小的DNA片段擴增；后者則確保了在活體生物中實現實時成像。由此，Stereo-seq的分辨率可達500納米，視野也可以達到13×13厘米，超高的分辨率和超大視野使得科學家能研究較大的組織上單細胞尺度的變化。






▲Stereo-seq可以讓科學家獲取高分辨率的轉錄組學信息

在其中一篇《細胞》論文中，研究團隊使用Stereo-seq檢驗了小鼠第9.5-16.5天之間的早期胚胎發育過程。在此期間，胚胎正在快速發育，細胞數量從數十萬增長至數千萬。利用Stereo-seq，研究團隊在8天中共獲得53張胚胎發育的“照片”，它們共同組成了小鼠器官形成的時空圖譜，以單細胞分辨率和高靈敏度描繪了小鼠器官發育、形成過程的過程。

 

▲Stereo-seq以單細胞分辨率剖析了成年小鼠大腦結構

這張小鼠的時空圖譜展示了30萬個細胞的精確位置。由此形成的全景圖譜可以讓科學家深入理解細胞差異的分子基礎、大腦組織發育的差異，并且幫助揭示遺傳疾病的發病機制。

例如，Robinow綜合征是一種典型的出生缺陷，患兒會出現唇腭裂、肢體短小等癥狀。此前的研究已經發現了與這種疾病相關的基因，但這個基因如何導致癥狀卻是未知數。研究團隊在小鼠胚胎發育過程中對該基因進行定位，發現其在小鼠的嘴唇和腳趾中高度表達。因此，如果該基因出現突變，那么唇腭和肢體發育就可能出現異常。

 

▲研究揭示了小鼠器官形成的時空圖譜

在其他兩篇論文中，研究團隊同樣構建了斑馬魚和果蠅的胚胎發育時空圖譜。這些進展為研究胚胎發育模式與相關分子的機制開啟了新的手段，也為揭示胚胎演化奠定了基礎。

在最后一篇論文中，研究團隊通過對擬南芥的研究，解決了一個長期的難題：對植物葉片和其他組織進行單細胞分辨率的空間組學研究。他們證實，該技術能應用于植物學和作物育種的研究，幫助揭開抗旱、耐高溫、耐鹽作物背后的基因機制。

編輯：Rae