近日，國際頂級期刊Cell和子刊Developmental Cell做瞪，上線了4篇應(yīng)用Stereo-seq技術(shù)的研究文章右冻，揭示其在小鼠纱扭、斑馬魚、果蠅暗赶、擬南芥模式生物中的應(yīng)用成果肃叶，其中Cell文章詳細(xì)介紹了Stereo-seq技術(shù)原理和細(xì)節(jié)。
近年來糙及，單細(xì)胞組學(xué)的爆炸式發(fā)展筛欢，使得研究人員可以從單個細(xì)胞中獲得大量的轉(zhuǎn)錄組版姑、表觀遺傳和蛋白質(zhì)組學(xué)信息迟郎，然而宪肖，單細(xì)胞測序技術(shù)需要將細(xì)胞從組織中解離，其中關(guān)鍵的細(xì)胞空間信息將會丟失么介。因此蜕衡，有必要將細(xì)胞的基因表達(dá)信息和空間位置信息一一對應(yīng)。繼2020年被Nature Methods評為年度技術(shù)方法之后久脯，空間組學(xué)（spatial omics）在2022年再次被Nature評為值得關(guān)注的七大年度技術(shù)之一，其以強(qiáng)大的原位跑慕、高通量和精準(zhǔn)的空間遺傳表達(dá)信息表征能力逐漸“引爆”生命科學(xué)界相赁。
時空組學(xué)技術(shù)Stereo-seq慰于。相較國際同類技術(shù)，Stereo-seq通過時空捕獲芯片绵脯，結(jié)合原位RNA捕獲蛆挫，實現(xiàn)了500nm的分辨率妙黍，同時捕獲面積可達(dá)13cm×13cm，成為全球首個同時實現(xiàn)“納米級分辨率”和“厘米級全景視場”的技術(shù)可免，且實現(xiàn)了基因與影像同時分析浇借。與當(dāng)前其他技術(shù)相比怕品，在相同的精度下，Stereo-seq具備更靈敏和更強(qiáng)的mRNA捕獲能力闯估。該技術(shù)作為新時代的分子 “顯微鏡”涨薪，為重新認(rèn)知器官結(jié)構(gòu)纹安、生命發(fā)育砂豌、物種演化和定義人類疾病提供了底層工具阳距，將推動繼顯微鏡和DNA測序技術(shù)以來的生命科學(xué)領(lǐng)域第三次科技革命筐摘。
此次Cell Press以專輯的形式刊發(fā)Stereo-seq技術(shù)及其應(yīng)用成果咖熟，凸顯了其對時空組學(xué)的關(guān)注×希現(xiàn)將已發(fā)表的4篇研究文章的主要內(nèi)容和發(fā)現(xiàn)分享如下。
時空轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)Stereo-seq繪制小鼠器官發(fā)生圖譜
Cell[IF: 41.582]
① 結(jié)合DNA納米球（DNB）模式陣列和原位RNA捕獲技術(shù)确沸，建立了Stereo-seq（SpaTial Enhanced REsolution Omics-sequencing）技術(shù)罗捎，相較當(dāng)前其他空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)拉盾，該技術(shù)擁有最大的捕獲面積（最大174.24cm2）、最靈敏的基因捕獲（1,450個UMI/100μm2）和單細(xì)胞分辨率倒得；
② 應(yīng)用Stereo-seq對C57BL/6小鼠胚胎發(fā)育第9.5天（E9.5）至第16.5天（E16.5）產(chǎn)出了共53張矢狀切面的轉(zhuǎn)錄組圖譜屎暇，其中包括來自同一個E16.5胚胎的13張連續(xù)切片驻粟，并進(jìn)一步描述了小鼠胚胎發(fā)育中晚期的器官發(fā)育基因的空間表達(dá)模式以及器官發(fā)育的軌跡蜀撑，構(gòu)建了小鼠器官發(fā)生時空轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫（MOSTA酷麦，https://db.cngb.org/stomics/mosta/）喉恋；
③ 基于核酸染色影像進(jìn)行細(xì)胞邊界識別母廷，獲取了E16.5小鼠全胚胎具有空間位置的單細(xì)胞時空轉(zhuǎn)錄組信息琴昆，并在同一張切片上鑒定了4種上皮細(xì)胞亞型和6種成骨細(xì)胞亞型的空間分布情況馆揉，描述了前腦的抑制性神經(jīng)元從內(nèi)側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起至皮層的遷移軌跡；
④ 在E12.5舷暮、E14.5以及E16.5小鼠的背側(cè)中腦描述了中腦發(fā)育過程中的細(xì)胞分布異質(zhì)性下面，并在中腦的腦室區(qū)發(fā)現(xiàn)中腦區(qū)域放射狀膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)細(xì)胞祖細(xì)胞或膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞兩個分支的分化軌跡以及在中腦發(fā)育過程中的時間分布異質(zhì)性绩聘，并找到了決定放射狀膠質(zhì)細(xì)胞分別向兩個分支發(fā)育的關(guān)鍵微環(huán)境因子和調(diào)控因子；
⑤ 利用Stereo-seq構(gòu)建的小鼠中晚期的胚胎時空轉(zhuǎn)錄組圖譜驯遇，描述了人類發(fā)育缺陷相關(guān)1,959個基因在小鼠胚胎中表達(dá)模式叉庐，并在單細(xì)胞精度下研究了由WNT5A基因突變導(dǎo)致的羅賓諾綜合征（Robinow Syndrome）在小鼠上顎和肢體中累及的細(xì)胞類型会喝，證明了應(yīng)用MOSTA解析發(fā)育過程中疾病相關(guān)基因表達(dá)的時空窗口和潛在累及細(xì)胞和器官方面的潛力。
斑馬魚胚胎發(fā)生過程中基因表達(dá)全景圖譜及發(fā)育軌跡的時空映射
Developmental Cell?[IF: 12.270]
① 應(yīng)用Stereo-seq技術(shù)，結(jié)合多切片策略预茄，在較高分辨率水平上剖析了斑馬魚早期胚胎發(fā)育中基因表達(dá)和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的時空動態(tài)校仑，為進(jìn)一步了解脊椎動物的發(fā)育提供了參考诗宣；
② 選取受精后24h內(nèi)6個關(guān)鍵發(fā)育時間點（3.3、5.25岛心、10、12徘禁、18存皂、24hpf）的斑馬魚胚胎，對總共91張矢狀面冰凍切片進(jìn)行了Stereo-seq分析骤菠，在10×10×15μm3分辨率下（接近單細(xì)胞尺寸）總共獲得了139,391個位點（spots）疤孕，并在此基礎(chǔ)上搭建了斑馬魚早期胚胎發(fā)生時空轉(zhuǎn)錄組圖譜在線開放資源庫ZESTA(?http://stereomap.cngb.org/zebrafish/data_index);
③ 利用基于計算基因表達(dá)空間分布相似性的空間共變基因模塊祭阀，探究了空間功能區(qū)域間的相互調(diào)控作用；
④ 對每個時間點的Stereo-seq數(shù)據(jù)和scRNA-seq數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析抹凳，構(gòu)建了斑馬魚胚胎發(fā)生過程中細(xì)胞命運轉(zhuǎn)變和細(xì)胞分子變化的時空發(fā)育軌跡伦腐，探索性地研究了細(xì)胞空間微環(huán)境與分化方向之間的關(guān)聯(lián)柏蘑；
⑤ 分析了斑馬魚胚胎發(fā)生過程中不同配體-受體對的動態(tài)空間分布，發(fā)現(xiàn)了新的配體-受體對互作模式洽损，提示了潛在的胚胎發(fā)育調(diào)控機(jī)制革半。
果蠅胚胎和幼蟲發(fā)育的高分辨率3D時空轉(zhuǎn)錄組圖譜
Developmental Cell?[IF: 12.270]
① 應(yīng)用Stereo-seq技術(shù)獲取了果蠅晚期胚胎（產(chǎn)卵后14~16h督惰、16~18h）和3個（L1~L3）齡期幼蟲發(fā)育階段的時空轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)錄本的空間模式均與之前原位雜交數(shù)據(jù)相匹配，并能鑒定到之前未檢測到的轉(zhuǎn)錄本觉阅，為深入研究果蠅跨發(fā)育階段的時空解析轉(zhuǎn)錄組提供了數(shù)據(jù)資源；
② 基于Stereo-seq數(shù)據(jù)典勇，通過熱點分析探索了果蠅晚期胚胎和幼蟲中腸的區(qū)域化，揭示了果蠅發(fā)育過程中消化道功能基因的動態(tài)時空特征权烧，并為胚胎發(fā)生過程中中腸區(qū)域化的變化提供了線索般码；
③ 對L3果蠅幼蟲精巢的一個橫切面進(jìn)行了亞聚類和空間基因表達(dá)分析，鑒定了精子發(fā)生過程中的各種細(xì)胞類型板祝，包括不同階段的精原細(xì)胞和初級精母細(xì)胞走净，并觀察到分化生殖細(xì)胞過程中mRNA豐度的變化伏伯；
④ 通過空間SCENIC（single-cell regulatory network inference and clustering）分析果蠅發(fā)育階段的Stereo-seq數(shù)據(jù)，在果蠅胚胎和幼蟲樣本中炸枣，發(fā)現(xiàn)了先前報道的轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)的多個調(diào)控因子（如中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的Rbp6蜓堕，表皮中的grh，脂肪體中的srp迂猴，中腸中的Kay沸毁，肌肉中的Mef2）傻寂，并發(fā)現(xiàn)了中樞神經(jīng)系統(tǒng)特異性CG16779的調(diào)控活性，確認(rèn)了已知的和潛在的空間基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)搂誉；
⑤ 應(yīng)用果蠅晚期胚胎全部切片的Stereo-seq數(shù)據(jù)静檬，在計算機(jī)上重建了3D胚胎的時空轉(zhuǎn)錄組圖譜。
基于scStereo-seq技術(shù)揭示擬南芥葉片中區(qū)域特異性細(xì)胞亞型和單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組分析
Developmental Cell?[IF: 12.270]
① 基于華大自主的Stereo-seq空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)嘲碧，結(jié)合植物細(xì)胞具有細(xì)胞壁這一特性父阻，建立了廣泛適用于植物的單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)scStereo-seq（Single-cell SpaTial Enhanced REsolution Omics-sequencing），首次在植物研究領(lǐng)域中應(yīng)用并繪制了擬南芥（Arabidopsis）葉片的單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組圖譜履婉；
② 植物單細(xì)胞研究中荒椭，存在部分細(xì)胞亞型因分子特征高度相似，而難以有效地區(qū)分和研究的問題狸棍，scStereo-seq應(yīng)用于擬南芥莖生葉橫切面草戈，成功將高度相似的細(xì)胞亞型進(jìn)行有效區(qū)分和分子特征的解析（如表皮細(xì)胞中的上表皮細(xì)胞和下表皮細(xì)胞侍瑟，葉肉細(xì)胞中的柵欄細(xì)胞和海綿細(xì)胞）；
③ 首次從單細(xì)胞水平揭示了光合作用相關(guān)基因（PQL1费韭、LHCA6庭瑰、PSB29、PPL2督暂、FNR1）的表達(dá)水平在空間上呈現(xiàn)從主葉脈到葉邊緣方向上的梯度變化的趨勢穷吮；
④? 利用細(xì)胞空間位置信息，構(gòu)建了不同類型細(xì)胞的空間發(fā)育軌跡捡鱼，發(fā)現(xiàn)在維管細(xì)胞中，主葉脈區(qū)域的細(xì)胞相較于葉邊緣細(xì)胞辽社，占有更高比例的分化程度較低的細(xì)胞翘鸭；而在表皮細(xì)胞和保衛(wèi)細(xì)胞的發(fā)育軌跡未能觀察到明顯的空間分布差異特征。
原文鏈接
1. Spatiotemporal transcriptomic atlas of mouse organogenesis using DNA nanoball-patterned arrays.
Cell.?https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00399-3.
2. Spatiotemporal mapping of gene expression landscapes and developmental trajectories during zebrafish embryogenesis.?
Developmental Cell.? https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(22)00249-0.
3. High-resolution 3D spatiotemporal transcriptomic maps of developing?Drosophila?embryos and larvae.?
Developmental Cell.?https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(22)00246-5.
4. The single-cell stereo-seq reveals region-specific cell subtypes and transcriptome profiling in?Arabidopsis?leaves.?
Developmental Cell.?https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(22)00251-9.
圖文來源：華大時空公眾號
