全球首批生命全景時(shí)空?qǐng)D譜公布！開啟生命研究新領(lǐng)域
2022/5/6   來源：新浪  閱讀數(shù)：

今天，細(xì)胞出版社以專題形式發(fā)布了全球首批生命全景時(shí)空?qǐng)D譜。4篇論文不僅展現(xiàn)出動(dòng)植物器官形成過程中，細(xì)胞的動(dòng)態(tài)演化，還將加深我們對(duì)生命演化的認(rèn)識(shí)、有望為遺傳疾病開發(fā)全新療法。

其中，介紹小鼠胚胎發(fā)育時(shí)空?qǐng)D譜的論文刊登于《細(xì)胞》雜志，另外3篇分別展示果蠅、斑馬魚和擬南芥時(shí)空?qǐng)D譜的論文發(fā)表于《細(xì)胞》子刊《發(fā)育細(xì)胞》。

研究團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是繪制不同動(dòng)植物物種在發(fā)育過程中的時(shí)空?qǐng)D譜。時(shí)空?qǐng)D譜反映了細(xì)胞在生物體內(nèi)的時(shí)間與空間演化，可以幫助研究人員識(shí)別組織內(nèi)特定細(xì)胞的特征，對(duì)于理解疾病的形成、篩查疾病有著重要意義。但是，時(shí)空?qǐng)D譜的繪制往往需要成千上萬次實(shí)驗(yàn)。

在這一系列最新研究中，時(shí)空組學(xué)聯(lián)盟使用的是一項(xiàng)全新的時(shí)空組學(xué)技術(shù)：Stereo-seq。借助Stereo-seq技術(shù)，科學(xué)家可以追溯細(xì)胞的精確位置、看清它如何與相鄰的細(xì)胞相互影響。僅需1次定位，就可以完成傳統(tǒng)手段需要上萬次嘗試才能獲取的時(shí)空?qǐng)D譜。

Stereo-seq是如何實(shí)現(xiàn)這一巨大飛躍的？其技術(shù)核心在于DNA納米球陣列與原位DNA捕捉技術(shù)的結(jié)合：前者可將小的DNA片段擴(kuò)增；后者則確保了在活體生物中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成像。由此，Stereo-seq的分辨率可達(dá)500納米，視野也可以達(dá)到13×13厘米，超高的分辨率和超大視野使得科學(xué)家能研究較大的組織上單細(xì)胞尺度的變化。






▲Stereo-seq可以讓科學(xué)家獲取高分辨率的轉(zhuǎn)錄組學(xué)信息

在其中一篇《細(xì)胞》論文中，研究團(tuán)隊(duì)使用Stereo-seq檢驗(yàn)了小鼠第9.5-16.5天之間的早期胚胎發(fā)育過程。在此期間，胚胎正在快速發(fā)育，細(xì)胞數(shù)量從數(shù)十萬增長至數(shù)千萬。利用Stereo-seq，研究團(tuán)隊(duì)在8天中共獲得53張胚胎發(fā)育的“照片”，它們共同組成了小鼠器官形成的時(shí)空?qǐng)D譜，以單細(xì)胞分辨率和高靈敏度描繪了小鼠器官發(fā)育、形成過程的過程。

 

▲Stereo-seq以單細(xì)胞分辨率剖析了成年小鼠大腦結(jié)構(gòu)

這張小鼠的時(shí)空?qǐng)D譜展示了30萬個(gè)細(xì)胞的精確位置。由此形成的全景圖譜可以讓科學(xué)家深入理解細(xì)胞差異的分子基礎(chǔ)、大腦組織發(fā)育的差異，并且?guī)椭�揭示遺傳疾病的發(fā)病機(jī)制。

例如，Robinow綜合征是一種典型的出生缺陷，患兒會(huì)出現(xiàn)唇腭裂、肢體短小等癥狀。此前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了與這種疾病相關(guān)的基因，但這個(gè)基因如何導(dǎo)致癥狀卻是未知數(shù)。研究團(tuán)隊(duì)在小鼠胚胎發(fā)育過程中對(duì)該基因進(jìn)行定位，發(fā)現(xiàn)其在小鼠的嘴唇和腳趾中高度表達(dá)。因此，如果該基因出現(xiàn)突變，那么唇腭和肢體發(fā)育就可能出現(xiàn)異常。

 

▲研究揭示了小鼠器官形成的時(shí)空?qǐng)D譜

在其他兩篇論文中，研究團(tuán)隊(duì)同樣構(gòu)建了斑馬魚和果蠅的胚胎發(fā)育時(shí)空?qǐng)D譜。這些進(jìn)展為研究胚胎發(fā)育模式與相關(guān)分子的機(jī)制開啟了新的手段，也為揭示胚胎演化奠定了基礎(chǔ)。

在最后一篇論文中，研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)擬南芥的研究，解決了一個(gè)長期的難題：對(duì)植物葉片和其他組織進(jìn)行單細(xì)胞分辨率的空間組學(xué)研究。他們證實(shí)，該技術(shù)能應(yīng)用于植物學(xué)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(jī)制。

編輯：Rae