自2023年6月，百創(chuàng)時空技術(shù)第一篇文章見刊至今19個月內(nèi)，使用百創(chuàng)時空技術(shù)文章累計33篇，在線文章平均影響因子12+，涉及哺乳動物（含人鼠）、水生（淡水及海洋）、禽類、兩棲、林木、作物及蔬菜等26個物種，25個組織類型，涵蓋腫瘤研究、疾病機制、再生、進化、發(fā)育、綜述建議及技術(shù)算法等領(lǐng)域。

部分文章展示

1.腫瘤研究

中文題目：整合分子和空間分析揭示原位和侵襲性肢端黑色素瘤的進化動態(tài)和腫瘤免疫相互作用

發(fā)表期刊：Cancer Cell

發(fā)表年份：2024

影響因子：48.8

DOI號：10.1016/j.jhazmat.2025.137375

文章采用技術(shù)：BMKMANU S1000、WES、Multi-region sequencing、Bulk RNA seq、10X Chromium、CODEX

樣本類型：人原位黑色素瘤（AMis）和侵襲性黑色素瘤（iAM）的腫瘤組織，相鄰正常皮膚，外周血

文章簡介：

為在空間水平探究 APOE+CD163+ 巨噬細胞亞群與 EMT 腫瘤細胞的互相作用，研究人員利用百創(chuàng)S1000空間轉(zhuǎn)錄技術(shù)對10例 AM 樣本進行了實驗（數(shù)據(jù)中能夠明確區(qū)分表皮的基底層、棘層、顆粒層以及汗腺和血管，腫瘤區(qū)域高表達黑色素基因MLANA、PMEL、TYPR?和 DCT）。

數(shù)據(jù)表明（與單細胞數(shù)據(jù)聯(lián)合分析）C3 亞型的 EMT 腫瘤細胞占比高，并且有 APOE+CD163+ 巨噬細胞的浸潤，巨噬細胞與 EMT 腫瘤細胞具有共定位特征。CellChat 互作分析驗證了 APOE+CD163+ 巨噬細胞的高度受體配體互作，與單細胞轉(zhuǎn)錄組結(jié)果高度一致（APOE+/CD163+ 巨噬細胞是空間中 IGF 通路網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送者（sender）和影響者（Influencer））。使用空間單細胞蛋白組學(xué)對患者腫瘤免疫微環(huán)境進行了深入分析，結(jié)果顯示APOE+CD163+ TAM和EMThigh腫瘤細胞存在高度相關(guān)的定位，這與空間轉(zhuǎn)錄組的結(jié)果一致。

2.疾病機制

中文題目：單細胞RNA測序研究全氟辛酸誘導(dǎo)的小鼠胚胎著床損傷

發(fā)表期刊：Journal of Hazardous Materials

發(fā)表年份：2025

影響因子：12.2

DOI號：https://doi.org/10.1073/pnas.2310163120

文章采用技術(shù)：BMKMANU DG1000、Bulk RNA seq、LC-MS/MS

樣本類型：鼠子宮

文章簡介：

全氟辛酸（PFOA）是一種環(huán)境持久性化學(xué)物質(zhì)，對人類健康構(gòu)成顯著風(fēng)險。研究表明PFOA會影響女性生殖，但其對子宮內(nèi)膜容受性和潛在機制的具體影響尚不清楚。

該研究通過小鼠模型，研究了低劑量PFOA暴露對子宮內(nèi)膜容受性的影響。結(jié)果表明，PFOA暴露顯著損害了子宮內(nèi)膜容受性，導(dǎo)致胚胎著床率顯著下降。利用單細胞RNA測序技術(shù)，研究者全面分析了PFOA破壞子宮內(nèi)膜上皮細胞功能和發(fā)育的具體機制。值得注意的是，研究者發(fā)現(xiàn)ANGPTL（血管生成素樣）信號通路失調(diào)，這一通路對于子宮內(nèi)膜基質(zhì)細胞和上皮細胞之間的通信至關(guān)重要，最終導(dǎo)致胚胎著床失敗。這些發(fā)現(xiàn)為PFOA的生殖毒性提供了新的見解，并強調(diào)了針對環(huán)境污染物相關(guān)不孕癥治療干預(yù)的潛在靶點。

3.再生研究

中文題目：空間轉(zhuǎn)錄組測序揭示番茄愈傷組織芽再生的分子機制

發(fā)表期刊：PNAS

發(fā)表年份：2023

影響因子：10.1

DOI號：https://doi.org/10.1073/pnas.2310163120

文章采用技術(shù)：BMKMANU S1000、Stereo-seq、10X Visium、10X Chromium

樣本類型：番茄愈傷組織

文章簡介：

該研究首次揭示了番茄愈傷組織內(nèi)部細胞的異質(zhì)性，并在單細胞水平上詳細解析了激素信號和重要調(diào)控因子在各種細胞和組織中的表達情況。研究結(jié)果不僅發(fā)現(xiàn)了表皮和芽原基細胞的亞型和功能，還揭示了綠色組織（chlorenchyma）細胞在芽原基細胞位置和分化發(fā)展中的重要作用，以及光照如何通過促進綠色組織細胞的發(fā)育和激活雷帕霉素靶蛋白TOR來推動芽再生過程。

4.綜述建議

中文題目：系統(tǒng)比較基于測序的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法

發(fā)表期刊：Nature Methods

發(fā)表年份：2024

影響因子：36.1

DOI號：?10.1038/s41592-024-02325-3

文章采用技術(shù)：BMKMANU S1000、Stereo-seq、Visium、Slide-seq V2、Salus、DynaSpatial、DBiT-seq、PIXEL-seq、Slide-tag、Curio Seeker、HDST、In situ hybridization

樣本類型：小鼠胚胎（眼球）、成年小鼠大腦（海馬）、小鼠嗅球

文章簡介：

空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)（sST）技術(shù)使得在組織水平上測量基因表達的空間分布成為可能。然而，目前對于不同sST平臺的系統(tǒng)性比較研究還較為缺乏，技術(shù)之間的差異和數(shù)據(jù)集的多樣性給標(biāo)準(zhǔn)化評估指標(biāo)的制定帶來了挑戰(zhàn)。

該研究建立了一套具有明確組織學(xué)結(jié)構(gòu)的參考組織和區(qū)域，并利用這些參考組織生成數(shù)據(jù)，比較了11種sST方法。研究發(fā)現(xiàn)，分子擴散是不同方法和組織之間的變量參數(shù)，顯著影響有效分辨率。

此外，空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)展示了單細胞數(shù)據(jù)所不具備的獨特屬性，例如增強捕獲模式化稀有細胞狀態(tài)及其特定標(biāo)記物的能力，盡管這種能力受到測序深度和分辨率等多種因素的影響。該研究為生物學(xué)家選擇sST平臺提供了指導(dǎo)，有助于促進評估標(biāo)準(zhǔn)的共識形成，并為未來基準(zhǔn)測試工作建立框架，可作為開發(fā)和評估空間轉(zhuǎn)錄組分析計算工具的黃金標(biāo)準(zhǔn)。

5.發(fā)育研究

中文題目：組織學(xué)和單細胞核轉(zhuǎn)錄組分析揭示玉米莖葉枕發(fā)育中韌皮纖維細胞的特化功能和調(diào)控葉片角度的關(guān)鍵因子

發(fā)表期刊：Molecular Plant

發(fā)表年份：2024

影響因子：27.5

DOI號：10.1016/j.molp.2024.05.001

文章采用技術(shù)：BMKMANU DG1000、Bulk RNA seq、Chip-seq、RNA原位雜交、CRISPR/Cas9

樣本類型：玉米莖葉

文章簡介：

葉片角度（Leaf Angle, LA）是影響玉米種植密度和產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。然而，調(diào)控葉片角度形成的機制尚不清楚。該研究通過對不同玉米自交系的莖葉枕區(qū)域進行比較組織學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)葉片角度大小顯著受到莖葉枕上表皮韌皮纖維細胞（SC）的初始伸長和隨后的木質(zhì)化的影響。通過批量和單細胞核RNA測序，生成了莖葉枕區(qū)域的全面轉(zhuǎn)錄組圖譜，并鑒定了許多可能影響其特化為SC的下皮細胞富集基因。

此外，研究者功能驗證了兩個編碼非典型bHLH轉(zhuǎn)錄因子的基因bHLH30及其同源基因bHLH155，它們在伸長的上表皮細胞中高表達。遺傳分析表明，bHLH30和bHLH155正向調(diào)控葉片角度的擴張，分子實驗表明它們能夠激活細胞伸長和SC木質(zhì)化相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。這些發(fā)現(xiàn)突出了莖葉枕上表皮SC在通過限制莖葉枕細胞的進一步延伸和增強機械強度來調(diào)控葉片角度方面的特化功能。莖葉枕區(qū)域的單細胞核轉(zhuǎn)錄組圖譜不僅加深了研究者對葉片角度調(diào)控的理解，還為現(xiàn)代玉米育種中優(yōu)化植物結(jié)構(gòu)提供了許多潛在靶點。

6.技術(shù)算法

中文題目：利用基于膜的邊界定義和提高單細胞分辨率來提高空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)

發(fā)表期刊：Small Methods

發(fā)表年份：2025

影響因子：15.36

DOI號：?10.1002/smtd.202401056

文章采用技術(shù)：BMKMANU S1000、Stereo-seq、scRNA-seq

樣本類型：小鼠（腦、腸和肝），球墨西哥鈍口螈（腦、腸和肝）

文章簡介：

準(zhǔn)確界定細胞邊界是空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)（Spatial Transcriptomics, ST）的技術(shù)難題。目前常用的方法是基于細胞核染色或數(shù)學(xué)推導(dǎo)，這些方法要么排除了細胞質(zhì)，要么只能確定假設(shè)性的邊界。

該研究提出了一種新的細胞邊界定義方法：利用基因編碼的熒光蛋白對細胞膜進行標(biāo)記，從而能夠在組織切片上精確定位細胞內(nèi)的測序位點和轉(zhuǎn)錄本。與基于細胞核的方法相比，這種基于細胞膜的方法顯著增加了捕獲的基因數(shù)量，小鼠和墨西哥鈍口螈肝臟中基因數(shù)量分別增加了67%和119%。

此外，該方法獲得的表達譜與單細胞 RNA 測序（scRNA-seq）數(shù)據(jù)更為一致，顯示出更合理的聚類和明顯的細胞類型特異性標(biāo)記。該方法還提高了單細胞分辨率，能夠更好地識別稀有細胞類型并詳細解析墨西哥鈍口螈大腦和腸的空間域。除了常規(guī)細胞外，該方法還能夠準(zhǔn)確識別小鼠肝臟中的多核細胞和無核細胞，展示了其分析復(fù)雜組織和器官的能力，這是以往方法無法實現(xiàn)的。該研究為改善空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)提供了一種強大的工具，具有廣泛應(yīng)用于生物學(xué)和醫(yī)學(xué)科學(xué)的潛力。

7.進化研究

中文題目：追蹤空氣鳳梨從陸地到空中生態(tài)位的進化和遺傳足跡

發(fā)表期刊：Nature Communications

發(fā)表年份：2024

影響因子：14.919

DOI號：10.1038/s41467-024-53756-7

文章采用技術(shù)：BMKMANU S1000、Stereo-seq、SMART-seq、16S rRNA測序、全基因組重測序、基因組組裝

樣本類型：空氣鳳梨亞科植物

文章簡介：

該研究以鳳梨科的空氣鳳梨亞科為模型植物，探索其起源、進化和多樣性。通過基于核轉(zhuǎn)錄組序列的系統(tǒng)發(fā)育樹分析，發(fā)現(xiàn)核心空氣鳳梨起源于約1130萬年前的安第斯山脈。安第斯山脈的地質(zhì)抬升推動了空氣鳳梨向儲水型和空氣型的分化。基因組和轉(zhuǎn)錄組分析揭示了與儲水型和吸收性毛狀體等適應(yīng)性特征相關(guān)的基因變異和丟失。此外，研究還發(fā)現(xiàn)了空氣鳳梨葉表皮中特定的固氮細菌群落，可能是其獲取氮素的潛在來源。該研究為理解空氣鳳梨對空中生態(tài)位的適應(yīng)性進化提供了多組學(xué)視角。

在短短19個月間，百創(chuàng)時空技術(shù)已在科研領(lǐng)域綻放出耀眼光芒，見刊文章數(shù)量穩(wěn)步增長，影響因子成績斐然，研究范圍橫跨多物種與多組織類型，領(lǐng)域覆蓋更是廣泛而深入。這不僅是對百創(chuàng)時空技術(shù)先進性與實用性的有力證明，也為眾多科研工作者開辟了新的研究路徑。未來，百創(chuàng)時空技術(shù)會持續(xù)創(chuàng)新突破，在更多未知領(lǐng)域開疆拓土，助力科研成果不斷涌現(xiàn)，為推動生命科學(xué)進步與技術(shù)革新貢獻更為強大的力量！?

文章標(biāo)題：Spatiotemporal dynamics of early oogenesis in pigs

期刊名稱：Genome Biology

影響因子：10.1

合作單位：青島農(nóng)業(yè)大學(xué)

發(fā)表日期：2025.01.02

研究方法：單細胞轉(zhuǎn)錄組（10x Chromium）、空間轉(zhuǎn)錄組（10x Visium）、高分辨率空間轉(zhuǎn)錄組（BMKMANU S1000）、免疫熒光

百邁客生物為該研究中的E65胚胎卵巢提供了BMKMANU S1000空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)服務(wù)。

研究背景

在發(fā)育中的哺乳動物卵巢中，卵泡的位置對其生物學(xué)功能具有重要影響。休眠卵泡主要位于卵巢皮質(zhì)外部，對雌性生育周期長短具有重要影響，而生長卵泡則位于髓質(zhì)區(qū)域，對雌性生育的起始至關(guān)重要。然而，目前對胚胎階段卵巢微環(huán)境形成機制的理解尚不深入，這主要是由于該過程發(fā)生在胚胎期，涉及多種異質(zhì)細胞類型的協(xié)同作用。

在小鼠中，原始生殖細胞從外胚層遷移到生殖脊并在性腺中增殖，隨后在特定時間點沿前后軸異步啟動減數(shù)分裂。最近的研究顯示，這一過程與經(jīng)典的維甲酸信號無關(guān)，而是通過TEX14形成細胞間橋來實現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)強調(diào)了生殖細胞微環(huán)境在決定其發(fā)育命運中的關(guān)鍵作用。

目前對卵巢發(fā)育中卵母細胞的研究主要集中在基因表達上，但對卵母細胞在卵泡發(fā)生過程中的細微空間定位及主要體細胞類型的空間動力學(xué)特征了解有限。通過空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)和單細胞RNA測序技術(shù)，該研究揭示了豬早期卵巢發(fā)育中的皮質(zhì)-髓質(zhì)梯度，并發(fā)現(xiàn)人豬之間卵母細胞空間定位的保守性，進一步強調(diào)了卵巢微環(huán)境在決定卵母細胞命運中的重要作用。

材料方法

研究材料：通過人工授精培育妊娠豬（三元雜交：Landrace、Large White和Duroc），分別在受精后45、55、65和75天采集胚胎階段的豬卵巢樣本。

研究方法：scRNA-seq（E45、E55、E65、E75胚胎卵巢，共計18,956個高質(zhì)量細胞，10x Genomics Chromium）；空間轉(zhuǎn)錄組（E45、E55、E65、E75胚胎卵巢，10x Visium；E65胚胎卵巢，BMKMANU S1000）

分析方法：空間轉(zhuǎn)錄組解卷積（Cell2location）；RNA速度分析（Velocyto和scVelo）；單細胞軌跡推斷（Cellrank）；同源基因轉(zhuǎn)化（biomaRt）；細胞通訊分析（CellphoneDB、biomaRt、ktplots）；蛋白互作分析；GO富集分析；基因模塊分析（Hotspot）

驗證實驗：免疫熒光；圖像分析和定量分析；Western blotting；卵巢組織體外培養(yǎng)

研究結(jié)果

1.豬早期卵子發(fā)生的單細胞圖譜的構(gòu)建

為了深入揭示豬卵巢早期卵子發(fā)生的時空發(fā)育特征，研究者將單細胞RNA測序（scRNA-seq）與10× Visium空間轉(zhuǎn)錄組（ST）技術(shù)相結(jié)合，對豬卵巢發(fā)育過程中的細胞空間屬性進行了系統(tǒng)分析。4個發(fā)育時間點（E45、E55、E65和E75；scRNA-seq各包括2個胚胎；ST：E45、E55、E65各包括2個胚胎，E75，1個胚胎），其中包括早期卵子發(fā)生的各階段。保留了18,956個高質(zhì)量細胞，共鑒定出17個聚類，包含9種主要細胞類型：生殖細胞、雙潛能前顆粒細胞、上皮前顆粒細胞、性腺間質(zhì)細胞、平滑肌細胞、內(nèi)皮細胞、血管周圍細胞、T細胞、巨噬細胞。

圖1-發(fā)育中的豬卵巢的scRNA-seq

2.豬卵巢空間轉(zhuǎn)錄組的細胞類型解卷積

為了揭示卵巢發(fā)育過程中不同細胞類型的空間動態(tài)變化，研究者進行了細胞類型的解卷積分析。盡管scRNA-seq技術(shù)為剖析復(fù)雜組織中的細胞異質(zhì)性提供了有力工具，但它缺乏細胞的空間位置信息。因此，研究者采用10× Visium空間轉(zhuǎn)錄組（ST）技術(shù)進行測序，以更好地展現(xiàn)豬卵巢發(fā)育過程中不同細胞類型的空間動態(tài)變化。研究者首先對ST數(shù)據(jù)進行了質(zhì)量評估，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量符合分析要求。隨后，利用scRNA-seq數(shù)據(jù)作為參考，通過Cell2location算法對ST數(shù)據(jù)進行了細胞類型的解卷積，實現(xiàn)了細胞類型的高分辨率定位。

通過解卷積分析，研究者發(fā)現(xiàn)在E45和E55階段，細胞類型的空間分布相對較為“隨機”。然而，隨著發(fā)育進展到E65階段，研究者觀察到了一個明顯的空間分布模式：生殖細胞在E45-E55階段隨機分布在豬卵巢中，而在E65-E75階段則主要定位于皮層區(qū)域，僅有少量位于髓質(zhì)區(qū)域。對于前顆粒細胞群，我們觀察到了兩種具有不同空間定位模式的細胞類型：BPG細胞在E55之前隨機分布，并逐漸在E75時集中于髓質(zhì)區(qū)域；而EPG細胞則在整個發(fā)育過程中始終位于卵巢表面。

為進一步驗證分析結(jié)果，研究者進行了全組織染色實驗，使用生殖細胞標(biāo)志物DDX4和前顆粒細胞標(biāo)志物KRT19對E45至E75的胎兒卵巢進行染色，實驗結(jié)果與ST數(shù)據(jù)分析結(jié)果一致。此外，研究者還分析了這些陽性細胞在卵巢背腹軸上的空間分布，并通過熒光強度分析確認了生殖細胞和前顆粒細胞在皮層和髓質(zhì)區(qū)域的不同分布模式。這些發(fā)現(xiàn)為深入理解豬卵巢發(fā)育過程中細胞類型的空間動態(tài)變化提供了重要線索。

圖2-基于scRNA-seq數(shù)據(jù)使用Cell2location的ST的解卷積

3.空間尺度解析精細尺度豬生殖細胞發(fā)育軌跡

為了深入理解生殖細胞在空間環(huán)境中的發(fā)育過程，研究者提取了生殖細胞進行重新聚類。通過對生殖細胞群的精細分析，研究者發(fā)現(xiàn)了五個對應(yīng)的細胞簇，分別是有絲分裂生殖細胞（FGC_mitotic）、表達MECOM和ATM的前減數(shù)生殖細胞（Oogonia_STRA8）、表達SYCP1和DMC1的減數(shù)分裂生殖細胞（Oogonia_meiotic）、表達FIGLA和NANOS1的早期卵母細胞（Pre_oocyte）以及表達ZP4和ZP3的卵母細胞（Oocyte）。

為了深入了解早期豬卵母細胞生成過程中模塊基因的功能富集情況，研究人員采用Hotspot算法，利用生殖細胞的scRNA-seq數(shù)據(jù)識別了相關(guān)基因模塊，共鑒定出11個功能各異的基因模塊。通過將單個模塊投影到UMAP圖中，確定了具有簇特異性的信息性基因模塊。剖析了早期豬卵母細胞生成過程中的基因表達譜后，研究人員進一步在空間環(huán)境中研究了這一過程。通過對ST芯片上的生殖細胞進行解卷積，揭示了早期卵母細胞生成的皮質(zhì)-髓質(zhì)梯度。為了驗證上述分析，研究人員使用生殖細胞標(biāo)記DDX4和減數(shù)分裂生殖細胞細線期標(biāo)記γH2AX進行了全組織染色實驗，以定位在不同階段啟動減數(shù)程序的生殖細胞。評估了C-M軸的熒光強度后發(fā)現(xiàn)在E45和E55卵巢中，γH2AX信號沿C-M軸的水平相似，而在E65至E75卵巢中，γH2AX信號在內(nèi)皮層達到峰值，在髓質(zhì)區(qū)域則減少。

圖3-使用空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)（ST）對生殖細胞空間位置模式的特征化

為了進一步驗證分析，研究人員還在同一E65卵巢組織上使用了更高分辨率（BMKMANU S1000；Spot點大小約為10微米）的平臺進行了ST測序。結(jié)果與E65時的Visium ST解卷積一致，使用S1000平臺在E65時可視化ZP3陽性卵母細胞的空間位置也證實了其在內(nèi)皮層的表達。

圖4-生殖細胞異質(zhì)性及空間位置模式的特征描述

綜上所述，研究人員成功地在單細胞分辨率下再現(xiàn)了豬生殖細胞的發(fā)育過程，并闡明了豬卵巢組織中生殖細胞的空間分布模式。

4.跨物種分析揭示了豬與人類之間生殖細胞基因表達程序及空間位置模式的保守性

為了深入理解哺乳動物卵母細胞生成的空間調(diào)控機制，研究人員進行了跨物種分析。研究團隊首先獲取了妊娠后19周人類卵巢的空間轉(zhuǎn)錄組（ST）數(shù)據(jù)，并將其與豬E65時期的ST數(shù)據(jù)進行了比較，以分析卵母細胞生成各階段生殖細胞的空間位置模式。與人類情況一致的是，生殖細胞標(biāo)記DDX4與5mC和5hmC的共染色顯示，在E55和E75豬卵巢中，5mC和5hmC信號在DDX4陽性細胞中不可檢測，且主要在周圍性腺體細胞中表達。這些結(jié)果進一步揭示，除了保守的基因表達程序外，人類和豬在早期卵母細胞生成過程中的表觀遺傳重編程模式也是保守的。

為了研究豬和人類早期卵母細胞生成過程中皮質(zhì)-髓質(zhì)梯度是否保守，研究人員基于ST數(shù)據(jù)探索了卵母細胞生成各階段生殖細胞的空間位置模式。對于早期卵母細胞階段的生殖細胞，這些細胞在卵巢內(nèi)皮質(zhì)區(qū)域有清晰定位，而在人類中，這些細胞主要位于內(nèi)皮質(zhì)和外髓質(zhì)區(qū)域，且在內(nèi)皮質(zhì)區(qū)域豐度更高。到了卵母細胞階段，豬和人類中這些生殖細胞的位置模式相似，主要位于外髓質(zhì)區(qū)域。通過評估生殖細胞到卵巢表面的相對距離（以卵巢寬度標(biāo)準(zhǔn)化），觀察到豬和人類早期卵母細胞生成過程均顯示出生殖細胞的皮質(zhì)-髓質(zhì)梯度定位。這些數(shù)據(jù)不僅揭示了豬和人類早期卵母細胞生成過程中保守的基因表達程序和表觀遺傳重編程模式，還強調(diào)了兩種物種在整個早期卵母細胞生成階段空間動態(tài)的保守性。

圖5-豬與人卵巢ST數(shù)據(jù)的跨物種比較分析

5.基于空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)（ST）技術(shù)解析豬卵巢發(fā)育過程中兩種顆粒細胞譜系的時空特性

在發(fā)育中的卵巢中，顆粒細胞與生殖細胞相互作用，形成了卵巢的基本功能單位，即卵泡。因此，研究人員接下來提取了顆粒細胞譜系，并使用UMAP進行了細胞聚類分析，共鑒定出10個細胞簇。分析了潛在時間基因表達動態(tài)和顆粒細胞前體發(fā)育軌跡中wave II型顆粒細胞（PreGC_II）的命運決定。與PreGC_I相比，簇6和7中的基因在PreGC_II命運決定中起關(guān)鍵作用，如WNT6、GREM1和SFRP4，這些結(jié)果共同強調(diào)了WNT信號分子在豬顆粒細胞前體命運決定中的保守作用。此外，ALDH1A2的上調(diào)表明，醛脫氫酶家族成員1A2可能在wave II顆粒細胞發(fā)育中發(fā)揮重要作用。

使用空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)（ST）技術(shù)對wave I型顆粒細胞前體（PreGC_I）和wave II型顆粒細胞前體（PreGC_II）的標(biāo)志性基因進行了空間定位。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，LHX9（PreGC_I的標(biāo)志）和GREM1（PreGC_II的標(biāo)志）的信號從E45到E75在卵巢中呈現(xiàn)特定的空間分布模式。在E65和E75，GREM1的信號明顯環(huán)繞著DDX4（生殖細胞的標(biāo)志）的信號，表明卵巢卵泡組裝的早期階段，wave II型顆粒細胞（來源于皮質(zhì)區(qū)域的顆粒細胞前體）在卵巢卵泡組裝過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

接下來，研究人員分析了顆粒細胞譜系的空間特性，進行了細胞類型反卷積，并觀察到卵巢表面上皮（OSE）細胞群主要位于豬卵巢的表面，并隨著發(fā)育的進行細胞數(shù)量增加。在E45時，I型顆粒細胞前體（PreGC_I）細胞廣泛分布在髓質(zhì)中，部分位于皮質(zhì)中；在E65時，觀察到I型顆粒細胞前體（PreGC_I）和II型顆粒細胞前體（PreGC_II）分別呈現(xiàn)出特定的皮質(zhì)和髓質(zhì)分布模式。通過免疫熒光分析進一步驗證了這些發(fā)現(xiàn)，上述結(jié)果共同揭示了豬卵巢發(fā)育過程中顆粒細胞譜系的空間時間特性。

圖6-使用ST技術(shù)表征前顆粒細胞的發(fā)育軌跡及其空間定位模式

6.豬卵巢發(fā)育期間主要體細胞類型的空間特性

除了生殖細胞和顆粒細胞外，研究人員還進一步以更高分辨率分析了GI（間質(zhì)細胞）和Sm（平滑肌細胞）這兩種體細胞在豬卵巢中的空間分布模式，因為這兩種細胞類型在豬卵巢中顯示出特征性分布，表明它們可能在塑造卵巢微環(huán)境方面發(fā)揮作用，這對早期卵子發(fā)生至關(guān)重要。

將GI和Sm的標(biāo)記基因整合到空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)中，觀察到這些體細胞的空間位置隨著從E45到E75的發(fā)育進展而發(fā)生變化。通過RNA速度分析確定的分化譜系細胞和增殖狀態(tài)細胞在E45和E55時的卵巢中隨機分布，而在E65時，觀察到這些細胞在卵巢皮質(zhì)中呈現(xiàn)出明顯的空間聚集模式，特別是在生殖細胞附近。這些發(fā)現(xiàn)共同揭示了豬卵巢發(fā)育早期體細胞空間位置模式的動態(tài)變化，表明它們在形成對早期卵子發(fā)生至關(guān)重要的卵巢微環(huán)境中發(fā)揮潛在作用。

圖7-利用空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)（ST）表征類固醇生成細胞譜系的異質(zhì)性和空間位置模式

7.空間共定位分析揭示了皮質(zhì)區(qū)和髓質(zhì)區(qū)存在截然不同的微環(huán)境，強調(diào)了其在調(diào)控生殖細胞命運中的關(guān)鍵作用

在闡明了發(fā)育中的豬卵巢中主要細胞類型的時空特征后，研究人員接下來研究了空間微環(huán)境的變化如何影響發(fā)育中卵巢的細胞命運決定。首先對細胞類型豐度進行了非負矩陣分解（NMF），以研究發(fā)育中卵巢中細胞的空間共定位。NMF分解的應(yīng)用成功地表征了位于皮質(zhì)和髓質(zhì)的生殖細胞niche，并揭示了與不同空間來源的生殖細胞共定位的體細胞。為了全面理解細胞-細胞通信模式的功能性，研究人員使用CellphoneDB進行GO富集分析，識別了不同區(qū)域生殖細胞與體細胞之間的配體-受體（L-R）對，發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)和髓質(zhì)區(qū)域之間細胞-細胞通信模式的功能富集結(jié)果不同。

此外，研究人員觀察到皮質(zhì)區(qū)域的L-R對顯著富集了NOTCH信號通路，PreGC_ii0和PreGC_ii8表達NOTCH信號介導(dǎo)因子NOTCH2，而其配體DLK1和JAG1則在向減數(shù)分裂進程中的生殖細胞中表達，結(jié)果表明NOTCH2在豬早期生殖細胞命運決定中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在髓質(zhì)區(qū)域細胞-細胞通信分析揭示了在卵細胞階段的生殖細胞表達了參與原始卵泡組裝的配體，包括BMP4和BDNF，而它們相應(yīng)的受體，包括BMPR1A、BMPR1B和SORT1，則由PreGC i4和PreGC i7表達。研究人員發(fā)現(xiàn)髓質(zhì)區(qū)域的體細胞表達了一系列細胞外基質(zhì)（ECM）蛋白，而皮質(zhì)區(qū)域則不是這樣，表明ECM蛋白在調(diào)節(jié)豬卵母細胞生成中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

為了進一步驗證細胞通訊分析，研究人員接下來探討了在使用從E55卵巢皮質(zhì)和髓質(zhì)中分離的卵巢組織進行體外條件下，補充NOTCH信號抑制劑DAPT和基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑多西環(huán)素是否會影響生殖細胞命運。從E55胎兒卵巢中解剖出皮質(zhì)和髓質(zhì)組織，將這些組織進行體外培養(yǎng)，并在用DAPT處理10天后觀察到皮質(zhì)卵巢組織中減數(shù)分裂標(biāo)志物STRA8的表達水平顯著降低，而髓質(zhì)卵巢組織則沒有這種情況。相反，在用基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑多西環(huán)素處理10天后，觀察到卵泡形成標(biāo)志物L(fēng)HX8的表達水平降低，而在皮質(zhì)組織中未觀察到可比的影響。綜上所述，這些數(shù)據(jù)進一步支持了在空間背景下的細胞-細胞通訊分析，并強調(diào)了卵巢微環(huán)境在調(diào)節(jié)生殖細胞命運中的重要作用。

圖8-卵巢皮質(zhì)和髓質(zhì)之間細胞-細胞通訊模式的比較

研究總結(jié)

綜上所述，該研究基于單細胞和空間轉(zhuǎn)錄組測序，深入探討了豬早期卵子發(fā)生過程中的時空基因表達譜和卵巢微環(huán)境的空間組織，以及這些特征在人類中的保守性。這些發(fā)現(xiàn)不僅豐富了我們對豬繁殖性狀形成復(fù)雜機制的認識，還為生殖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究提供了新的視角和方法。

2025年才過去幾天，百創(chuàng)S系列空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)迎來開門紅！本期我們盤點了6篇2025年應(yīng)用百創(chuàng)S系列空間技術(shù)發(fā)表的時空組學(xué)文章，這些成果發(fā)表期刊有Journal for ImmunoTherapy of Cancer(IF=10.3)、Genome Biology(IF=10.1)、Industrial Crops and Products、BMC Genomics以及預(yù)印本系統(tǒng)bioRxiv。研究的物種涉及人、豬、鱖魚、玉米、蘆葦、榛子等，涉及組織部位主要是腎腫瘤、胚胎卵巢、幽門盲腸、雌穗、雄穗、莖芽、胚珠等。接下來，我們一起來看看2025最新的時空組學(xué)文章吧！

一、人腎透明細胞癌時空圖譜

英文標(biāo)題：Spatial and single-cell transcriptomics reveal cellular heterogeneity and a novel cancer-promoting Treg cell subset in human clear-cell renal cell carcinoma

發(fā)表期刊：Journal for ImmunoTherapy of Cancer

影響因子：10.3

病例樣本：腎透明細胞癌患者

測序策略：單細胞轉(zhuǎn)錄組、空間轉(zhuǎn)錄組（BMKMANU S1000細胞分割）

DOI：10.1136/jitc-2024-010183

發(fā)布時間：2025.01.04

百邁客生物為該研究提供了單細胞轉(zhuǎn)錄組和百創(chuàng)S1000空間轉(zhuǎn)錄組（細胞分割）技術(shù)服務(wù)。

取樣策略：

單細胞&空間轉(zhuǎn)錄組(細胞分割)：腎透明細胞癌患者手術(shù)切除腎腫瘤組織（n=4，P1-P4）

流式細胞術(shù)、組織化學(xué)染色：腎透明細胞癌患者PBMC和手術(shù)切除腎腫瘤組織（n=15）

① 透明細胞腎細胞癌（ccRCC）是腎細胞癌（RCC）中最常見的組織學(xué)類型。然而，免疫抑制細胞的空間和功能異質(zhì)性以及它們相互作用促進透明細胞腎細胞癌中免疫抑制的機制尚未得到深入研究。

② 在該研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)了之前未報道過的間質(zhì)細胞和免疫細胞亞群，并以更高的分辨率繪制了它們的空間位置圖。此外，根據(jù)六個特征性基因集（包括上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化高表達細胞群、轉(zhuǎn)移細胞群和近端小管高表達細胞群）去除了批次效應(yīng)后，驗證了腫瘤細胞群。

③ 重要的是，該研究鑒定出一種特殊的調(diào)節(jié)性T細胞（Treg）亞群，該亞群具有終末效應(yīng)Treg細胞的分子特征，但表達多種細胞因子，如白細胞介素（IL）-1β和IL-18。這組Treg細胞具有更強的免疫抑制功能，且與透明細胞腎細胞癌（ccRCC）隊列的不良預(yù)后相關(guān)。它們在腫瘤-正常組織交界處與MRC1+FOLR2+腫瘤相關(guān)巨噬細胞（TAMs）共定位，形成一個正反饋循環(huán)，維持協(xié)同的致癌作用。此外，研究人員追蹤了IL-1β+Treg細胞的起源，并揭示IL-18可通過ERK/NF-κB途徑誘導(dǎo)Treg細胞中IL-1β的表達。

圖1-腎透明細胞癌（ccRCC）細胞群的整體分析

二、豬早期卵子發(fā)生的時空圖譜

英文標(biāo)題：Spatiotemporal dynamics of early oogenesis in pigs

發(fā)表期刊：Genome Biology

影響因子：10.1

物種樣本：豬

測序策略：單細胞轉(zhuǎn)錄組、空間轉(zhuǎn)錄組（10x Visium、BMKMANU S1000）

DOI：10.1186/s13059-024-03464-8

發(fā)布時間：2025.01.02

百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)S1000空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)服務(wù)。

取樣策略：

單細胞轉(zhuǎn)錄組：豬E45、E55、E65、E75胚胎卵巢（n=2）

空間轉(zhuǎn)錄組：豬E45、E55、E65、E75胚胎卵巢，10x Visium；E65胚胎卵巢，BMKMANU S1000

① 該研究結(jié)合單細胞RNA測序(scRNA-seq)和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)(ST)來理解時空基因表達譜，并探索在豬卵子發(fā)生早期卵巢微環(huán)境的空間組織。將卵子發(fā)生不同階段的生殖細胞簇投射到空間圖譜中，揭示了發(fā)育中的豬卵巢中生殖細胞的“皮質(zhì)-髓質(zhì)(C-M)”分布。豬和人之間的跨物種分析揭示了在卵子發(fā)生過程中生殖細胞的保守的C-M分布模式，突出了豬可以作為人類早期卵子發(fā)生過程的理想模型。

② 利用ST進行RNA速度分析，確定了豬卵巢皮質(zhì)和髓質(zhì)區(qū)顆粒細胞系的分子特征和空間動力學(xué)。空間共定位分析和細胞間通訊分析揭示了皮質(zhì)和髓質(zhì)區(qū)域生殖細胞和體細胞之間獨特的細胞-細胞通訊模式。

③ 值得注意的是，卵巢組織的體外培養(yǎng)證實細胞間NOTCH信號傳導(dǎo)和細胞外間質(zhì)(ECM)蛋白在啟動減數(shù)分裂和卵子形成程序中起關(guān)鍵作用，突出了卵巢微環(huán)境對于生殖細胞的命運調(diào)控起著重要作用。

圖2-基于scRNA-seq數(shù)據(jù)使用Cell2location的ST的解卷積

圖3-利用S1000平臺對ZP3在E65階段的表達豐度進行精細可視化分析

三、榛子胚珠時空圖譜

英文標(biāo)題：Obstacles in sugar transportation lead to blank nut formation in hazel (Corylus heterophylla)

發(fā)表期刊：Industrial Crops & Products

影響因子：5.6

物種樣本：榛子

測序策略：空間轉(zhuǎn)錄組(BMKMANU S1000)

DOI：doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.120365

發(fā)布時間：2025.01.04

百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)S1000空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)服務(wù)。

取樣策略：

百創(chuàng)S1000空間轉(zhuǎn)錄組：兩個野生型榛子，包括一個大的、發(fā)育中的胚珠（WTL）和一個小的、敗育胚珠（WTs），以及一個從空殼榛子種質(zhì)中分離出來的敗育胚珠。

① 這篇文章研究了榛子栽培中導(dǎo)致產(chǎn)量損失的空殼果形成的潛在分子機制。向結(jié)正常果的野生型榛子和結(jié)空殼果的空殼果種質(zhì)（BNG）植株的葉片中引入13C，并比較了這兩種類型植株葉片和果實中的13C豐度。光合作用的13C標(biāo)記產(chǎn)物被迅速運輸?shù)桨凸麑嵵?，胚珠中的?3C值高于苞片、外殼和薄壁組織。

② 對正常發(fā)育和敗育胚珠進行空間轉(zhuǎn)錄組測序，鑒定出可能與胚珠敗育相關(guān)的基因。在BNG中，葉片中合成的光合13C產(chǎn)物積累并緩慢向外運輸。BNG的外殼、薄壁組織和胚珠中的δ13C值明顯低于對照組，僅占對照組的1.3%~18.7%。根據(jù)每個Spots點基因表達的相似性，研究人員獲得了六個簇，包括476個不同空間區(qū)域的獨特差異表達基因（DEGs）。在這些DEG簇中，只有cluster3的DEG在碳水化合物代謝和運輸相關(guān)的生物過程中顯著富集，其中蔗糖合酶（SUS，Cor0134990.1）在這些與碳水化合物代謝相關(guān)的DEG中表達豐度最高。

③ 根據(jù)序列比對結(jié)果的相似性，研究人員在擬南芥中鑒定了四個SUS（Cor0134990.1）突變體，它們的種子大小明顯小于野生型。除了SUS外，研究人員還鑒定了一些可能調(diào)節(jié)榛子胚珠發(fā)育的重要基因，為揭示空殼榛子的形成機制提供了新見解。

圖4-高變基因的選擇和Spots聚類

四、全基因組復(fù)制在玉米花發(fā)育進化中的時空圖譜

英文標(biāo)題：Cross-species single-nucleus analysis reveals the potential role of whole-genome duplication in the evolution of maize flower development

發(fā)表期刊：BMC Genomics

影響因子：3.5

物種樣本：玉米、高粱

測序策略：單細胞核轉(zhuǎn)錄組、空間轉(zhuǎn)錄組(BMKMANU S1000)

DOI：10.1186/s12864-024-11186-1

發(fā)布時間：2025.01.03

百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)S1000空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)服務(wù)。

取樣策略：

單細胞核轉(zhuǎn)錄組&空間轉(zhuǎn)錄組：玉米雌穗、雄穗、高粱花序組織

① 在該研究中，研究人員為玉米雌穗、雄穗和高粱花序生成了單細胞核和空間RNA-seq數(shù)據(jù)。通過結(jié)合單細胞核和空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，研究人員可以追蹤單細胞核簇標(biāo)記基因的空間表達，并將單細胞核簇映射到空間位置上。這種能力為注釋單細胞核簇提供了強大的支持。

② 將細胞簇解析的轉(zhuǎn)錄組比較與基因組比對相結(jié)合，該研究分析表明，玉米雌穗和雄穗花序的多樣性與玉米特有的全基因組復(fù)制事件相關(guān)。以高粱作為外類群，很可能是基因表達譜的丟失導(dǎo)致了雄穗和雌穗之間的花序多樣性，從而形成了玉米的單性花結(jié)構(gòu)。此外，雄穗中高表達基因的序列比雌穗中高表達基因的序列更為保守。

圖5-基于空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)和標(biāo)記基因的玉米雌穗和雄穗的細胞聚類與細胞類型鑒定

五、時空圖譜揭示了B染色體在驅(qū)動植物入侵中的作用

英文標(biāo)題：Single-cell and spatial transcriptomics uncover the role of B chromosomes in driving plant invasiveness

發(fā)表期刊：bioRxiv

物種樣本：蘆葦

測序策略：單細胞轉(zhuǎn)錄組、空間轉(zhuǎn)錄組(BMKMANU S3000)

DOI：https://doi.org/10.1101/2024.12.31.630906

發(fā)布時間：2025.01.01

百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)S3000空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)服務(wù)。

取樣策略：

單細胞轉(zhuǎn)錄組：非入侵蘆葦組由根狀莖再生的新形成的芽組織EU 60、EU 78、EU 620；入侵蘆葦組由根狀莖再生的新形成的芽組織NAi nt61、NAi nt113、NAi nt191（每組有3個生物學(xué)重復(fù)）

空間轉(zhuǎn)錄組：入侵蘆葦組由根狀莖再生的新形成的芽組織NAi nt61（n=2，兩個重復(fù)包埋在一起）

① 入侵植物能嚴重破壞本土生物多樣性，但其成功入侵背后的遺傳機制仍不甚明了。迄今為止，僅對少數(shù)入侵物種進行了基因組學(xué)研究，且尚未應(yīng)用單細胞水平的研究。

② 該研究探討了普通蘆葦（Phragmites australis）入侵行為的遺傳驅(qū)動因素，這是一種原產(chǎn)于歐洲、后被引入北美并成為入侵物種的耐寒草類。通過整合全基因組測序、單細胞轉(zhuǎn)錄組測序和空間轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)，研究人員構(gòu)建了普通蘆葦莖系統(tǒng)的綜合單細胞圖譜。UMAP分析在莖系統(tǒng)中鑒定出19個獨特的細胞簇?；虮倔w（GO）富集分析實現(xiàn)了對關(guān)鍵細胞類型的注釋，包括葉肉細胞、表皮細胞、維管束鞘細胞和木質(zhì)部細胞，以及莖尖分生組織和側(cè)生分生組織、腋生分生組織。RNA速度分析揭示了葉肉細胞的多能性，其中第3簇的葉綠組織細胞被確定為能夠分化為各種組織的祖細胞，而第1簇則向通氣組織發(fā)育。

③ 歐洲種群與北美入侵種群之間的比較分析顯示，轉(zhuǎn)錄活性和基因表達存在顯著差異，尤其是在與莖尖分生組織相關(guān)的細胞簇中。入侵種群中B染色體的出現(xiàn)頻率更高，且IMPA-3、SSC3和DDE家族核酸內(nèi)切酶基因在近所有細胞簇中均顯著上調(diào)，尤其是在葉肉細胞和分生組織區(qū)域附近。作為抗性（R）基因主要受體的IMPA-3的快速突變可能增強了北美入侵種群的適應(yīng)性。這些發(fā)現(xiàn)為理解普通蘆葦入侵性的細胞發(fā)育和基因組多樣性提供了關(guān)鍵見解，并為制定生態(tài)管理策略提供了寶貴信息。

圖6-對普通蘆葦芽的組織進行單細胞和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究

六、鱖魚感染蛙虹彩病毒后幽門盲囊的時空圖譜

英文標(biāo)題：Dissection of the Global Responses of Mandarin Fish Pyloric Caecum to An Acute Ranavirus (MRV) Infection Reveals the Formation of Serositis and Then Ascites

發(fā)表期刊：bioRxiv

物種樣本：鱖魚

測序策略：單細胞轉(zhuǎn)錄組、空間轉(zhuǎn)錄組(BMKMANU S1000)

DOI：https://doi.org/10.1101/2025.01.02.631049

發(fā)布時間：2025.01.02

百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)S1000空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)服務(wù)。

取樣策略：

單細胞轉(zhuǎn)錄組：接種蛙虹彩病毒（MRV）和PBS 5天后的鱖魚的幽門盲囊組織（n=2）

空間轉(zhuǎn)錄組：感染蛙虹彩病毒（MRV）的鱖魚的幽門盲囊組織

① 鱖魚蛙病毒（MRV）作為大口黑鱸病毒（LMBV）的一種變體，屬于虹彩病毒科蛙病毒屬的一個獨特成員。急性MRV感染主要影響鱖魚的一個關(guān)鍵內(nèi)臟器官——幽門盲囊，并推測這是導(dǎo)致鱖魚出現(xiàn)嚴重腹水這一特征性外部臨床癥狀的驅(qū)動因素。

② 該研究揭示，急性MRV感染最初靶向鱖魚幽門盲囊的漿膜層，并迅速發(fā)展為以漿膜肥厚、纖維化、充血、水腫和組織粘連為特征的纖維素性漿膜炎。通過單細胞RNA測序，研究人員分析了上皮、免疫和間質(zhì)細胞群的細胞組成，確定了巨噬細胞、粒細胞以及T細胞和自然殺傷細胞作為急性細胞因子和炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵介體顯著富集。隨后，有力的實驗證據(jù)表明，MRV攻擊特定的T細胞和B細胞免疫細胞亞群以及成纖維細胞、肌成纖維細胞、內(nèi)皮細胞和周細胞的間質(zhì)細胞，導(dǎo)致增生性漿膜區(qū)的細胞外基質(zhì)（ECM）形成、膠原生物合成和血管重塑相關(guān)基因和途徑的上調(diào)。此外，宿主來源的V型膠原和MRV編碼的膠原均參與肥厚漿膜中ECM的形成。

③ 綜上所述，該研究提供了對鱖魚幽門盲囊對急性MRV感染的全面單細胞分辨率分析，并強調(diào)了病毒驅(qū)動的漿膜炎是導(dǎo)致鱖魚嚴重腹水的根本原因。

圖7-受感染幽門盲囊單細胞的空間位置

文章標(biāo)題：Spatial transcriptome analysis reveals de novo regeneration of poplar roots

發(fā)表期刊：Horticulture Research

合作單位：北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院

研究物種：楊樹

?技術(shù)策略：空間轉(zhuǎn)錄組（BMKMANU?S1000平臺）

楊樹，作為一種廣泛栽培的經(jīng)濟樹種，以其高效、快速的扦插繁殖方法廣受認可。然而，要實現(xiàn)高效的扦插繁殖，根系的再生能力至關(guān)重要。沒有強大的根再生能力，扦插的枝條將難以成活，進而影響到整個種植計劃的成功。盡管如此，目前關(guān)于根再生的研究主要集中在生長素的調(diào)控作用上，對細胞分裂素的研究則相對較少。

空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)是一項新興的技術(shù)，它能夠在細胞水平上揭示基因表達的空間分布情況。這一技術(shù)的出現(xiàn)，為我們理解基因如何在特定的空間背景下調(diào)控生物過程提供了全新的工具。該研究利用這一技術(shù)，構(gòu)建了楊樹根再生過程的空間轉(zhuǎn)錄組圖譜，并深入探討了細胞分裂素在根再生中的關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，在楊樹根再生過程中，激素在協(xié)調(diào)植物生長發(fā)育的復(fù)雜過程中起著關(guān)鍵作用，細胞分裂素響應(yīng)基因的表達貫穿整個發(fā)育過程。并且這些細胞分裂素響應(yīng)基因的啟動子中普遍存在生長素響應(yīng)順式作用元件（AuxREs），表明了生長素與細胞分裂素在調(diào)控根再生過程中的協(xié)同作用。為了更好地理解楊樹根再生過程中細胞的分化路徑，研究團隊采用了擬時序軌跡分析方法，成功繪制了從形成層細胞到根原基細胞的分化路徑，展示了細胞分化的復(fù)雜性和動態(tài)性。同時，研究還發(fā)現(xiàn)了兩個潛在關(guān)鍵基因SAC56和LOS1，它們有望為未來增強植物根系再生提供新的解決方案和思路。

總的來說，這項研究通過空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，為植物根再生研究提供了新的思路，為我們深入理解植物再生的分子機制提供了新的視角和啟示。

圖1-建立楊樹根再生的空間轉(zhuǎn)錄組圖譜

圖2-不定根發(fā)育過程中的空間轉(zhuǎn)錄組分析揭示了激素基因表達的區(qū)域分布特征

文章標(biāo)題：Tracing the evolutionary and genetic footprints of atmospheric tillandsioids transition from land to air

發(fā)表期刊：Nature Communications

合作單位：浙江大學(xué)農(nóng)學(xué)院

研究物種：空氣鳳梨

百邁客生物為該研究提供了空氣鳳梨根的BMKMANU S1000平臺空間轉(zhuǎn)錄組(細胞分割)測序與分析工作。

植物可以在沒有根和土壤的情況下生存嗎？答案是“可以”?？諝怿P梨便是一個生動有趣的例證，它們無需根系也能脫離土壤在空中生存。這些神奇的植物屬于鳳梨科空氣鳳梨亞科，以其獨特的適應(yīng)能力而聞名。它們通過特化的葉片表皮毛替代根系的吸收功能，展現(xiàn)了“器官功能互補”的奇妙現(xiàn)象。

空氣植物的進化引發(fā)了幾個值得思考的問題：它們是何時、何地從陸生環(huán)境轉(zhuǎn)向空中棲息地的？是什么驅(qū)動了這一轉(zhuǎn)變？空氣植物失去根部功能的遺傳基礎(chǔ)是什么？葉片上的特殊毛狀體是如何代替根部執(zhí)行吸收功能？最重要的是，它們?nèi)绾卧诳罩协h(huán)境中獲取必需的營養(yǎng)物質(zhì)？

空氣鳳梨

圖1-空氣鳳梨亞科系統(tǒng)發(fā)育樹

1.空氣鳳梨的起源于11.3百萬年前的安第斯山脈

為了追溯空氣鳳梨的起源，研究人員廣泛收集了覆蓋空氣鳳梨亞科（Tillandsioideae）78%屬的植物，利用轉(zhuǎn)錄組測序獲得低拷貝基因的91個核基因，構(gòu)建了空氣鳳梨亞科植物系統(tǒng)發(fā)育樹（圖1）。然后通過祖先重建和分子鐘計算，發(fā)現(xiàn)核心空氣鳳梨亞科植物起源于11.3百萬年前的安第斯山脈，祖先類型為積水型鳳梨（圖2a）。大約在6百萬年前，安第斯山脈快速隆起，推動了物種的分化，完全大氣生的空氣鳳梨出現(xiàn)，這些植物通常被稱為“air plants”。地球氣候世代的轉(zhuǎn)變也加速了物種的分化（圖2b-c）。

圖2-空氣鳳梨亞科的起源與進化動力

2.空氣鳳梨根器官功能退化，僅發(fā)揮“固著”作用的遺傳基礎(chǔ)

空氣鳳梨的根部功能顯著退化，主要僅發(fā)揮機械“固著”作用或完全缺失。通過基因組和比較基因組分析（圖3a-e），研究人員發(fā)現(xiàn)與根發(fā)育相關(guān)的關(guān)鍵基因（如SCR、WER、TTG1、JKD）在附生鳳梨類群中發(fā)生了快速進化，并受到選擇固定（圖3i-j）。與側(cè)根發(fā)育相關(guān)的AR1基因家族則出現(xiàn)顯著收縮。與根系響應(yīng)重力的關(guān)鍵基因ARG1丟失，而負調(diào)控基因WG2則受到正向選擇。同時，根系對水分響應(yīng)的關(guān)鍵基因EN1也發(fā)生喪失。這些結(jié)果表明，空氣植物的進化適應(yīng)增強了它們在大氣生態(tài)位中的生存能力。此外，利用相同的方法，研究人員還找到了空氣鳳梨耐旱的基因組適應(yīng)性進化的關(guān)鍵基因（圖3f-g）和積水類型鳳梨蓄水槽形成的關(guān)鍵基因AS1的變異選擇（圖3h）。此外，研究人員通過空間轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，與次生細胞壁合成相關(guān)的多個基因在根被和皮層組織中表現(xiàn)出快速表達，為根系在生長過程中迅速木質(zhì)化并發(fā)揮機械“固著”作用提供了分子基礎(chǔ)(圖4)。

圖3-比較基因組分析揭示空氣鳳梨耐旱、根退化和蓄水槽形成的遺傳基礎(chǔ)

圖4-空間轉(zhuǎn)錄組揭示根系木質(zhì)化機制

3.特化表皮毛替代根系獲得吸收功能，實現(xiàn)“器官功能互補”的機制

隨著根部失去吸收水分和養(yǎng)分的能力，附生鳳梨科植物的葉片表皮中特化的表皮毛進化出了吸收功能，代替根系，實現(xiàn)了“器官功能互補”。這些多細胞表皮毛由基部活細胞和死盾形部分組成，表面覆蓋薄層角質(zhì)層，能夠阻止毛細管流動，這對其吸收功能至關(guān)重要。研究人員通過大規(guī)模比較基因組分析鑒定出與角質(zhì)合成相關(guān)的三個關(guān)鍵串聯(lián)重復(fù)基因——CYP96A15（圖5a）。這三個基因在所有附生鳳梨植物中經(jīng)歷序列變異后被選擇并固定(圖5b)。在原位雜交實驗中，發(fā)現(xiàn)這些CYP96A15重復(fù)基因在表皮毛的頂端和基部細胞中特異性表達(圖5c)，進一步表明它們可能在空氣鳳梨表皮毛吸收功能的獲得中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。此外，研究人員還通過空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，鑒定出多個在表皮毛細胞中特異性表達的基因，為后續(xù)空氣鳳梨表皮毛的研究提供了新的突破口(圖6)。

圖5-表皮毛獲得吸收功能的關(guān)鍵基因變異選擇

圖6-表皮毛發(fā)育的標(biāo)記基因

4.空氣植物葉際微生物的共進化是其養(yǎng)分的主要來源

在解決了水分吸收問題后，另一個對空氣植物生存至關(guān)重要的問題是養(yǎng)分問題。研究人員通過16S rRNA測序和宏基因組分析，發(fā)現(xiàn)空氣鳳梨葉表附生了大量固氮細菌（圖7a），且這些細菌具有特異性，特別是1174-901-12屬細菌，專一性地附生在空氣鳳梨的葉表，并且在細菌類群中占據(jù)主要地位，可能與空氣鳳梨共進化（圖7b-c）。此外，固氮酶nifA和nifH的發(fā)現(xiàn)進一步證實了這些細菌的固氮能力(圖7d)。這些固氮細菌可能成為空氣植物的主要氮源，尤其在營養(yǎng)匱乏的空中環(huán)境中尤為重要。

圖7-空氣鳳梨葉際固氮細菌的鑒定與分析

總的來說，這項研究全面系統(tǒng)地揭示了空氣鳳梨植物從陸生到空生的遺傳與進化機制（圖8），為陸生植物進化動力和方向研究提供了新思路新見解。

圖8-空氣鳳梨陸生到空生的進化歷程圖

BMKMANU S5000正式發(fā)布

隨著百邁客生物在時空組學(xué)領(lǐng)域的不斷探索，在保證具備亞細胞分辨率的條件下，研究團隊已成功完成了全尺寸場景適配捕獲芯片BMKMANU S5000的研發(fā)與測試。捕獲面積：50mm*60mm；捕獲位點數(shù)：271,939,845；微球直徑：2.5μm；相鄰微球的中心距為3.5μm。該產(chǎn)品的推出大大降低了空間轉(zhuǎn)錄組實驗對樣本尺寸的限制，將更大程度地滿足當(dāng)前科研需求。

內(nèi)容來源于植物科學(xué)最前沿，侵刪

文章標(biāo)題：Systematic comparison of sequencing-based spatial transcriptomic methods

期刊名稱：Nature Methods

研究對象：小鼠胚胎（眼球）、成年小鼠腦（海馬區(qū)）和嗅球

研究團隊：廣州實驗室、西湖大學(xué)、墨爾本大學(xué)、哈佛大學(xué)等

影響因子：36.1

DOI：10.1038/s41592-024-02325-3

研究背景

盡管sST技術(shù)通過促進轉(zhuǎn)錄組尺度的空間基因表達測量催化了生命科學(xué)領(lǐng)域重要的進展，但目前還缺乏對不同平臺進行全面基準(zhǔn)測試的評估?，F(xiàn)有的技術(shù)和數(shù)據(jù)集的可變性對制定標(biāo)準(zhǔn)化評估指標(biāo)提出了挑戰(zhàn)。但由于技術(shù)和數(shù)據(jù)集之間的差異性，該領(lǐng)域目前仍缺乏全面的基準(zhǔn)測試研究。

實驗基準(zhǔn)數(shù)據(jù)

使用11種sST技術(shù)，對三種組織進行實驗，測序及分析，并對可以實現(xiàn)更高分辨率的BMKMANU S1000、Stereo-seq及Slide-seqV2?在細胞級（10μm）分辨率下進一步進行了分析。

文中使用的上一代BMKMANU S1000空間轉(zhuǎn)錄技術(shù)，per spot?直徑2.5μm，中心距4.8μm，達到了亞細胞級別的分辨率，并是其中可以提供高清原片明場成像的高分辨率技術(shù)。BMKMANU S1000在腦海馬的數(shù)據(jù)組中除了展現(xiàn)出卓越的分子逸散控制性能外，還在基因的檢出中有優(yōu)秀表現(xiàn)，研究成本溫和，綜合性能優(yōu)秀，是空間組學(xué)研究者的高效手段工具。

圖1-不同技術(shù)原始測序UMI熱圖

捕獲能力測試

在各個平臺的捕獲性能測試中，文章通過對相同捕獲面積內(nèi)的UMI數(shù)進行統(tǒng)計，以此來進行捕獲效率的評判，文中分別對原始測序下，以及數(shù)據(jù)歸一化條件下，進行了統(tǒng)計，展示出了較大的差異，這意味著不同的測序量對UMI的檢出存在較大的影響，高的數(shù)據(jù)量可以明顯提升UMI的檢出，隱性表示空間組學(xué)應(yīng)需要比單細胞更高的測序深度。

圖2-全部數(shù)據(jù)及歸一化數(shù)據(jù)下各個技術(shù)的UMI捕獲

同時在歸一化的結(jié)果下，高分辨率技術(shù)中，BMKMANU S1000展現(xiàn)出了極為優(yōu)秀的基因捕獲能力。

圖3-全部數(shù)據(jù)及歸一化數(shù)據(jù)下各技術(shù)基因的捕獲

文中對visium(polyA-based)未能捕獲到的基因，在其它技術(shù)平臺中的表現(xiàn)也做了統(tǒng)計，其中BMKMANU S1000、Stereo-seq及Slide-seqV2都展現(xiàn)出了統(tǒng)一且全面的基因捕獲性能。

圖4-全部數(shù)據(jù)下各個技術(shù)對visium(polyA-based)未檢出基因的檢出統(tǒng)計

分子橫向擴散測試

通過小鼠嗅球（Pixel-seq，Stereo-seq，Slide-seqV2）,小鼠腦海馬（BMKMANU S1000，Slide-seqV2，Salus，Stereo-seq），小鼠胚胎眼球（BMKMANU S1000，Stero-seq，Slide-seqV2）經(jīng)典marker（Slc17a7、Ptgds及Pmel）的回溯來評估分子的橫向逸散問題，發(fā)現(xiàn)BMKMANU?S1000在腦海馬的表現(xiàn)優(yōu)秀，在小鼠胚胎眼球中表現(xiàn)不足，不同的技術(shù)表現(xiàn)出的差異，文中也給出了推論：可能跟樣本切片操作及組織透化等實驗存在關(guān)聯(lián)，提示后續(xù)的研究者在樣本準(zhǔn)備及透化實驗應(yīng)該更加的謹慎。

圖5-不同技術(shù)分鐘橫向擴散評估

聚類及注釋

通過對各種技術(shù)平臺小鼠胚胎眼球數(shù)據(jù)的聚類注釋并與經(jīng)典結(jié)構(gòu)做對比，進行了評估測試，在全部數(shù)據(jù)下Slide-seqV2,Stereo-seq表現(xiàn)出了預(yù)期結(jié)果，BMKMANU S1000?在黑色素細胞的分型中未能預(yù)期，這也跟之前的分子橫向擴散結(jié)果相匹配。同時在歸一化的數(shù)據(jù)下，BMKMANU S1000與其它兩種技術(shù)有了相似的細胞類型檢出，這樣證明測序的數(shù)據(jù)量也會對后續(xù)的細胞類型鑒定造成影響。

圖6-全部數(shù)據(jù)下各技術(shù)注釋結(jié)果

圖7-歸一化數(shù)據(jù)下各技術(shù)注釋結(jié)果

跨技術(shù)平臺的marker及通訊分析差異

通過各個聚類差異marker的鑒定，發(fā)現(xiàn)不同的技術(shù)上有不同的表現(xiàn)，這可能與實驗中的條件，尤其是透化條件，測序深度等存在一定的關(guān)系。

圖8-技術(shù)平臺間marker基因的共享情況

不同sST方法和通訊分析方法（如CellChat和CellPhoneDB_v4）并未獲得一致結(jié)果。

文章總結(jié)

本次項研究中，使用11種sST方法對目標(biāo)組織進行了空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，生成了一個跨平臺的數(shù)據(jù)集（稱為cadasSTre），旨在對基于測序的空間轉(zhuǎn)錄組（sST）方法進行基準(zhǔn)測試，深入比較了這些方法的靈敏度、擴散性、聚類能力和標(biāo)記基因檢測性能，以及不同聚類方法，通訊分析方法存在的差異。更是通過空間數(shù)據(jù)與單細胞數(shù)據(jù)的比較提出了空間轉(zhuǎn)錄組并非僅有為單細胞數(shù)據(jù)添加空間維度信息一個屬性，更在特殊狀態(tài)細胞等方面存在意義。

研究結(jié)果表明，上一代BMKMANU S1000在圖像，基因檢出，研究成本控制上表現(xiàn)突出。研究者也同樣認為雖然spot直徑是一個相對重要的指標(biāo)，但是相比于此，整體基因的捕獲，分析擴散的控制更為重要。

三種高分辨率的技術(shù)，分別在嗅球，眼球，腦海馬樣本中的表現(xiàn)不一，沒有恒定優(yōu)秀的平臺，這說明空間數(shù)據(jù)的差異，很有可能除了技術(shù)平臺的差異，很大程度上會受樣品類型以及實驗差異的影響。提醒后續(xù)的研究者在前期的備樣及實驗中應(yīng)更加的謹慎。

百邁客生物在長期的空間高分辨率空間產(chǎn)品服務(wù)中，積攢了足夠的樣本經(jīng)驗，可以確保前期實驗對結(jié)果差異影響降到最低，同時新一代百創(chuàng)S3000產(chǎn)品更是在分子捕獲方面有了非常大的提升（30%-70%，不同物種及組織UMI數(shù)目）同時結(jié)合百創(chuàng)獨有的“三片合一”細胞分割策略可以更好提升結(jié)果準(zhǔn)確性，能夠獲取到更為豐富、深入的細胞及空間位置信息。這不僅提高了研究的準(zhǔn)確性和可靠性，還能夠為科研工作者提供更加清晰、直觀的空間細胞級別圖像，幫助更好地理解和分析實驗結(jié)果。

百邁客生物也期待更多的科學(xué)家和業(yè)界專家加入到這一領(lǐng)域的研究中來，共同推動生命科學(xué)領(lǐng)域的繁榮與發(fā)展。

目前發(fā)表了許多3D時空圖譜方向的文章，本期我們盤點了10篇經(jīng)典的時空3D圖譜文章，這些成果發(fā)表期刊有Cell(IF=45.5)、Nature Genetics(IF=31.7)、Nature Communications（IF=14.7）等！研究的物種涉及人、鼠、果蠅、獼猴、地中海渦蟲等，涉及組織部位主要是胚胎、腦、心臟、蟲體等。接下來，我們一起來看看空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)如何為胚胎發(fā)育、腦科學(xué)、再生等研究領(lǐng)域帶來新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)吧！

案例一——人類原腸期胚胎3D圖譜

英文標(biāo)題：3D reconstruction of a gastrulating human embryo

發(fā)表期刊：Cell

影響因子：45.5

物種樣本：CS8人類胚胎

測序策略：空間轉(zhuǎn)錄組

DOI：10.1016/j.cell.2024.03.041

取樣策略：CS8人類胚胎沿著前后軸(A-P)進行冷凍切片，每間隔1片保留切片作為實驗樣本，總計62張橫向切片

在本研究中，通過構(gòu)建完整的CS8人類胚胎3D模型，將單個細胞的空間信息與其基因表達譜相結(jié)合，系統(tǒng)描繪了胚胎形態(tài)、細胞類群、空間位置和轉(zhuǎn)錄組特征，準(zhǔn)確注釋了不同的細胞亞型，深度解析了重要胚外組織羊膜細胞發(fā)育過程和卵黃囊造血譜系特化，重點發(fā)現(xiàn)了參與早期發(fā)育的不同信號通路采用不同的策略沿胚胎A-P軸建立差異激活的特點。這項研究不僅可以確定人類原腸胚形成過程的關(guān)鍵細胞和分子特征，還可以指導(dǎo)今后干細胞衍生的人類胚胎模型的生成。

圖1-CS8時期原腸胚的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析和三維重建

案例二——從果蠅胚胎發(fā)育到蛻變的單細胞三維時空多組學(xué)圖譜

英文標(biāo)題：A?single-cell?3D?spatiotemporal?multi-omics?atlas?from?Drosophila?embryogenesis?to?metamorphosis

發(fā)表期刊：bioRxiv

物種樣本：果蠅胚胎、幼蟲和蛹

測序策略：空間轉(zhuǎn)錄組、scRNA-seq、scATAC-seq

DOI：https://doi.org/10.1101/2024.02.06.577903

取樣策略：胚胎發(fā)生過程的24小時內(nèi)，每隔0.5至2小時收集一次胚胎；3個幼蟲期的每個早/晚時間點采集幼蟲樣本；蛹化后每隔12 h采集一次蛹樣。共計43個胚胎、9個幼蟲、5個蛹，收集7或8 μm厚度的矢狀面進行空間轉(zhuǎn)錄組。

在本研究中，研究團隊構(gòu)建了Flysta3D——一個全面的時空多組學(xué)圖譜，涵蓋了模式生物果蠅從胚胎到蛹的發(fā)育歷程。數(shù)據(jù)集包括3D單細胞空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)、單細胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)和單細胞染色質(zhì)可及性信息。通過整合這些多維數(shù)據(jù)，構(gòu)建了揭示組織發(fā)育詳細概況的細胞狀態(tài)軌跡。以中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)和中腸為研究對象，從多組學(xué)角度分析了基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、細胞類型多樣性和形態(tài)變化的時空動態(tài)。這個廣泛的圖譜提供了前所未有的豐富資源，并作為一個系統(tǒng)的平臺，以超高時空分辨率集成單細胞數(shù)據(jù)來研究果蠅的發(fā)育。

圖2-果蠅發(fā)育的單細胞時空多組學(xué)圖譜

案例三——小鼠大腦的空間分辨分子和細胞圖譜

英文標(biāo)題：Spatially resolved molecular and cellular atlas of the mouse brain

發(fā)表期刊：bioRxiv

物種樣本：小鼠半腦

測序策略：空間轉(zhuǎn)錄組、snRNA-seq

DOI：https://doi.org/10.1101/2023.12.03.569501

取樣策略：兩只小鼠半腦，每只間隔100 μm取一張10 μm切片進行空間轉(zhuǎn)錄組，小鼠#1 123張切片、小鼠#2 72張切片，大腦分區(qū)域解剖進行snRNA-seq

在本研究中，研究團隊使用snRNA-seq和空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，生成了包含308個細胞簇空間信息的小鼠腦圖譜，單細胞分辨率涉及600多萬個細胞以及29,655個基因。發(fā)現(xiàn)了新的星形膠質(zhì)細胞簇，并證明了不同的細胞簇表現(xiàn)出對皮層亞區(qū)的偏好。鑒定出155個基因在腦干中表現(xiàn)出區(qū)域特異性，513個長鏈非編碼RNA在成鼠大腦中表現(xiàn)出區(qū)域特異性?；诳臻g轉(zhuǎn)錄組信息的腦區(qū)分割與傳統(tǒng)方法存在較大的重疊，還發(fā)現(xiàn)了411個在發(fā)育過程中具有時空特異性的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控。因此，該研究發(fā)現(xiàn)了具有時空特異性的基因和調(diào)控子，并提供了小鼠大腦的高分辨率空間轉(zhuǎn)錄組圖譜。

圖3-構(gòu)建高分辨率小鼠大腦細胞圖譜

案例四——小鼠器官發(fā)生的三維圖譜

英文標(biāo)題：Three-dimensional molecular architecture of mouse organogenesis

發(fā)表期刊：Nature Communications

影響因子：14.7

物種樣本：小鼠胚胎

測序策略：空間轉(zhuǎn)錄組、scRNA-seq(公共數(shù)據(jù))

DOI：10.1038/s41467-023-40155-7

取樣策略：E13.5小鼠胚胎沿顱尾軸連續(xù)冷凍切片，從中選10張10 μm切片進行10x Visium空間轉(zhuǎn)錄組；雌性胚胎(E3)獲得了4個切片，以更好地覆蓋性別分化在本研究中，研究人員展示了小鼠胚胎第13.5天所有主要器官的空間轉(zhuǎn)錄組圖譜，并通過堆疊切片提供了胚胎模式分子調(diào)控的三維渲染。通過將空間圖譜與相應(yīng)的單細胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合，提供了一個詳細的關(guān)于器官發(fā)育動態(tài)本質(zhì)的分子注釋，空間細胞相互作用，胚胎軸，以及哺乳動物發(fā)育背后的細胞命運分化，這將為精確的器官工程和基于干細胞的再生醫(yī)學(xué)鋪平道路。

圖4-E13.5小鼠器官發(fā)生的三維空間轉(zhuǎn)錄圖譜

案例五——獼猴大腦皮層細胞三維圖譜

英文標(biāo)題：Single-cell spatial transcriptome reveals cell-type organization in the macaque cortex

發(fā)表期刊：Cell

影響因子：45.5

物種樣本：獼猴大腦左半球皮質(zhì)組織

測序策略：空間轉(zhuǎn)錄組、snRNA-seq

DOI：10.1016/j.cell.2023.06.009

取樣策略：每隔500 μm取一次：包含兩個50 μm的大腦樣品切片進行snRNA-seq+一張10 μm切片進行空間轉(zhuǎn)錄組+兩張臨片切片進行尼氏染色。獼猴#1 119張切片、獼猴#2 19張切片、獼猴#3 23張切片，共161張進行空間轉(zhuǎn)錄組闡明大腦皮層的細胞組織是理解大腦結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵。在本研究中，研究人員利用大規(guī)模單核RNA測序和143個獼猴皮質(zhì)區(qū)域的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，獲得了264種轉(zhuǎn)錄組定義的皮質(zhì)細胞類型的綜合圖譜，并繪制了它們在整個皮質(zhì)的空間分布。表征了谷氨酸能、氨基丁酸能和非神經(jīng)元細胞類型的皮質(zhì)層和區(qū)域偏好，以及細胞類型組成和“鄰域復(fù)雜性”的區(qū)域差異。值得注意的是，研究人員發(fā)現(xiàn)了視覺和體感系統(tǒng)中各種細胞類型的區(qū)域分布與區(qū)域等級水平之間的關(guān)系。來自人類、獼猴和小鼠皮層的轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)的跨物種比較進一步揭示了靈長類特異性細胞類型在第4層富集，其標(biāo)記基因以區(qū)域依賴的方式表達。該研究數(shù)據(jù)為理解靈長類動物大腦的進化、發(fā)育、衰老和發(fā)病機制提供了細胞和分子基礎(chǔ)。

圖5-獼猴皮層單細胞空間轉(zhuǎn)錄組圖譜

案例六——小鼠胚胎器官發(fā)生時的時空轉(zhuǎn)錄組圖譜

英文標(biāo)題：Spatiotemporal transcriptomic maps of whole mouse embryos at the onset of organogenesis

發(fā)表期刊：Nature Genetics

影響因子：31.7

物種樣本：小鼠早期胚胎

測序策略：空間轉(zhuǎn)錄組Slide-seq

DOI：10.1038/s41588-023-01435-6

取樣策略：小鼠E8.5期胚胎：2個胚胎，15張10 μm切片，間隔30 μm；小鼠E9.0期胚胎：1個胚胎，26張10 μm切片，間隔20 μm；小鼠E9.5期胚胎：3個胚胎，13張10 μm切片在本研究中，研究人員使用Slide-seq技術(shù)構(gòu)建了完整胚胎E8.5和E9.0以及部分E9.5胚胎的空間轉(zhuǎn)錄組圖譜。為了支持該項研究的應(yīng)用，研究人員開發(fā)了sc3D——一個重建和探索三維“虛擬胚胎”的工具，它可以定量研究區(qū)域化的基因表達模式。發(fā)育中的神經(jīng)管主胚軸的測量揭示了幾個以前未注釋的基因具有不同的空間模式。文章還描述了Tbx6突變胚胎中出現(xiàn)的“異位”神經(jīng)管的相互沖突的轉(zhuǎn)錄特性。綜上所述，文章提出了一個用于整個胚胎結(jié)構(gòu)和突變表型時空研究的實驗和計算框架。

圖6-利用Slide-seq進行具有空間坐標(biāo)的全胚胎基因表達譜分析

案例七——地中海渦蟲再生3D圖譜

英文標(biāo)題：Spatiotemporal transcriptomic atlas reveals the dynamic characteristics and key regulators of planarian regeneration

發(fā)表期刊：Nature Communications

影響因子：14.7

物種樣本：地中海渦蟲

測序策略：空間轉(zhuǎn)錄組、scRNA-seq

DOI：10.1038/s41467-023-39016-0

取樣策略：地中海渦蟲截肢后0小時、6小時、12小時、24小時、36小時、3天、7天，每個時間點12~17張切片

在本研究中，研究人員首先繪制了具有強大再生能力地中海渦蟲六個不同再生時期的空間轉(zhuǎn)錄組和單細胞轉(zhuǎn)錄組圖譜，并構(gòu)建了各類細胞類型和組織類型的空間三維分布模型。通過解析全能干細胞亞群的分化軌跡，鑒定到一類以osr2標(biāo)記的新多能細胞亞群，并且觀察到在輻射處理下，敲低osr2的渦蟲出現(xiàn)延遲再生表型。與此同時，為了進一步發(fā)掘影響渦蟲再生的關(guān)鍵基因，利用構(gòu)建的三維空間模型，系統(tǒng)地解析了具有空間及細胞特異性分布的基因表達模塊，確定了與傷口區(qū)域或極性（背腹側(cè)或前后軸）相關(guān)的多個特征模塊。

圖7-地中海渦蟲四維時空轉(zhuǎn)錄組細胞圖譜

案例八——肺部腫瘤的三維高分辨率分子圖譜

英文標(biāo)題：High-resolution molecular atlas of a lung tumor in 3D

發(fā)表期刊：bioRxiv

物種樣本：人類肺癌

測序策略：CosMx空間原位成像技術(shù)

DOI：https://doi.org/10.1101/2023.05.10.539644

取樣策略：非小細胞肺癌(NSCLC)腫瘤塊連續(xù)切下34個5 μm切片：分別進行二次諧波SHG成像、H&E染色、空間轉(zhuǎn)錄組（1000 Panel CosMx空間分子成像系統(tǒng)）該研究展示了侵襲性人肺癌常規(guī)臨床樣本的3D空間圖譜，通過將跨340,000個細胞的960個癌癥相關(guān)基因的原位定量與組織力學(xué)成分的測量相結(jié)合，三維細胞鄰域?qū)⒛[瘤微環(huán)境細分為腫瘤、基質(zhì)和免疫多細胞生態(tài)位。有趣的是，偽時間分析表明，在基質(zhì)浸潤性腫瘤細胞中檢測到的促侵襲性上皮細胞向間充質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化(EMT)已經(jīng)發(fā)生在腫瘤表面的一個區(qū)域。在那里，肌成纖維細胞和巨噬細胞特異性地與侵襲前腫瘤細胞共定位，它們的多細胞分子特征確定了生存時間較短的患者。與2D相比，3D鄰域通過識別樹突狀生態(tài)位，捕捉T細胞生態(tài)位的3D擴展和促進生態(tài)位特異性細胞-細胞相互作用的量化(包括可藥物免疫檢查點)，改善了免疫生態(tài)位的表征。

圖8-單細胞分辨率下腫瘤微環(huán)境的分子組織學(xué)

案例九——果蠅胚胎和幼蟲發(fā)育3D圖譜

英文標(biāo)題：High-resolution 3D spatiotemporal transcriptomic maps of developing Drosophila embryos and larvae

發(fā)表期刊：Development Cell

影響因子：10.7

物種樣本：w1118?野生型果蠅，收集其晚期胚胎（產(chǎn)卵后14~16 h和16~18 h，分別稱為E14~16和E16~18）和幼蟲3個發(fā)育階段（L1~L3）

測序策略：空間轉(zhuǎn)錄組

DOI：10.1016/j.devcel.2022.04.006

利用時空組學(xué)技術(shù)成功構(gòu)建了果蠅胚胎和幼蟲的三維空間轉(zhuǎn)錄組圖譜。借助數(shù)據(jù)三維重構(gòu)，確定了果蠅晚期胚胎和幼蟲中腸的功能亞區(qū)，發(fā)現(xiàn)幼蟲精巢的時空細胞狀態(tài)動力學(xué)變化，并揭示了已知和潛在的轉(zhuǎn)錄因子在三維空間中的調(diào)控機制。這些研究和發(fā)現(xiàn)提供了全面詳實的數(shù)據(jù)和信息資源，為深入和系統(tǒng)進行果蠅發(fā)育生物學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。

案例十——人類心臟發(fā)育3D圖譜

英文標(biāo)題：A Spatiotemporal Organ-Wide Gene Expression and Cell Atlas of the Developing Human Heart

發(fā)表期刊：Cell

影響因子：45.5

物種樣本：人類心臟

測序策略：scRNA-seq、空間轉(zhuǎn)錄組、ISS原位測序

DOI：10.1016/j.cell.2019.11.025

取樣策略：4.5-5 PCW 4張切片，6.5 PCW 9張切片，9 PCW 6張切片，合計19張切片文章構(gòu)建了單細胞時空水平的發(fā)育中器官的3D轉(zhuǎn)錄圖譜，這種多轉(zhuǎn)錄組測序方法可以應(yīng)用于其他器官發(fā)育的研究中。這一突破性研究使探索組織的整體空間轉(zhuǎn)錄模式成為可能，探索細胞異質(zhì)性，并選擇性地靶向一些表達模式具有空間異質(zhì)性且造成細胞類型差異的關(guān)鍵基因。心臟發(fā)育模型表明，空間、時間信息與單細胞基因表達數(shù)據(jù)的整合對于識別細胞類型之間的關(guān)鍵差異、深入分析發(fā)育中的組織是至關(guān)重要的。

圖10-三個心臟發(fā)育階段的整體時空分析

文章標(biāo)題：Integrative molecular and spatial analysis reveals evolutionary dynamics and tumor-immune interplay of?in situ?and invasive acral melanoma

期刊名稱：Cancer Cell

影響因子：50.3

合作單位：北京大學(xué)第一醫(yī)院、北京大學(xué)-云南白藥國際醫(yī)學(xué)研究中心

研究方法：全外顯子組、基于顯微切割的多區(qū)域全外顯子測序、bulk轉(zhuǎn)錄組、單細胞轉(zhuǎn)錄組、空間轉(zhuǎn)錄組和CODEX空間蛋白組學(xué)

百邁客生物為該研究提供了BMKMANU S1000空間轉(zhuǎn)錄組細胞分割技術(shù)服務(wù)。

研究背景

肢端型黑色素瘤（acral melanoma, AM）是一種起源于手掌、足底和甲下等部位的惡性皮膚腫瘤，也是亞洲人群中最主要的黑色素瘤亞型，常發(fā)生轉(zhuǎn)移且預(yù)后不佳。原位AM（AM in situ, AMis）經(jīng)手術(shù)切除后極少復(fù)發(fā)，但侵襲性AM（invasive AM, iAM）的預(yù)后不佳，且PD-1單抗治療響應(yīng)率僅約20%-30%，缺乏有效的治療策略。因此，AMis突破基底膜進入真皮發(fā)展為iAM是造成患者預(yù)后變差的重要里程碑事件。然而，目前關(guān)于AMis的研究仍然十分有限，AMis向iAM的演化過程尚不清楚，免疫微環(huán)境在這一過程中發(fā)揮的作用也不明確。AM的早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)防可以顯著提高病人預(yù)后和治療。

材料方法

研究材料：

287例肢端型黑色素瘤（AM）患者，146例原位AM（AMis）和141例侵襲性AM（iAM），其中測序隊列（147例，其中56例AMis和91例iAM）和驗證隊列（140例，驗證所鑒定出的標(biāo)志物和臨床相關(guān)性）。

驗證實驗：流式分選巨噬細胞（AM患者腫瘤組織和配對外周血，n=4）；健康供體外周血單核細胞和 LM-MEL-45腫瘤細胞系C.M.共培養(yǎng)（0、3、5、7、10、14天，n=3）；流式分選C3患者和非C3患者EMT腫瘤細胞（n=4）；APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞和腫瘤細胞共培養(yǎng)體系（n=3）；LM-MEL-45腫瘤細胞系：野生型和IGF1R KO，IGF1抑制劑處理（xentuzumab），IGF1R抑制劑處理（linsitinib）

研究方法：

全外顯子組測序（n=92）、基于顯微切割的多區(qū)域全外顯子測序（n=33）、bulk轉(zhuǎn)錄組（n=81）、單細胞轉(zhuǎn)錄組（scRNA-seq，n=24）、空間轉(zhuǎn)錄組（BMKMANU S1000，n=10）空間蛋白組學(xué)（CODEX，n=12）。

研究結(jié)果

1.研究隊列信息和基因組圖譜

為了探究肢端型黑色素瘤的演化規(guī)律及免疫微環(huán)境在其中的作用，研究人員建立了一個287例患者的隊列，包含146例AMis和141例iAM，為研究AMis到iAM的演化過程提供了豐富的資源。研究人員將所有患者分為測序隊列（147例）和驗證隊列（140例），測序隊列包括56個AMis患者和91個iAM患者。

對測序隊列進行了多組學(xué)測序，包括全外顯子組、基于顯微切割的多區(qū)域全外顯子測序、bulk轉(zhuǎn)錄組、單細胞轉(zhuǎn)錄組、空間轉(zhuǎn)錄組和CODEX空間蛋白組學(xué)，而驗證隊列用于驗證所鑒定出的標(biāo)志物的臨床相關(guān)性。

全外顯子組測序平均覆蓋度為313X，基因組圖譜顯示本研究隊列的腫瘤突變負荷（TMB）與以前的AM研究相比較，高于UM組，低于CM組。本研究數(shù)據(jù)驗證了之前報道22q11.21擴增與AM預(yù)后相關(guān)，說明了本研究隊列的高質(zhì)量，能夠?qū)M侵襲進行深入分析。

圖1-研究策略和隊列信息

2.AMis和iAM的基因組比較確定了侵襲驅(qū)動因素

為了確定AM垂直侵襲的驅(qū)動機制，研究人員首先描繪了AMis和iAM的基因組圖譜，并系統(tǒng)比較了兩者的點突變、拷貝數(shù)變異、突變負荷、突變印記、亞克隆突變及基因組不穩(wěn)定性。分析結(jié)果表明iAM的亞克隆突變比例和基因組不穩(wěn)定性顯著升高。這種高度的基因組不穩(wěn)定性可能會加速腫瘤的發(fā)生并有助于獲得侵襲驅(qū)動突變。

值得注意的是，研究人員發(fā)現(xiàn)驅(qū)動突變（NRAS, KRAS, NF1, KIT）在iAM中顯著富集，并在體外實驗中驗證了這些驅(qū)動突變可以增強肢端型黑色素瘤的侵襲能力。這些結(jié)果表明AM侵襲高度依賴于獲得某些驅(qū)動突變，而不是簡單地積累更多的突變。

AMis和iAM的轉(zhuǎn)錄組學(xué)比較顯示在iAM中富集細胞外基質(zhì)(ECM)組織、EMT、KRAS、巨噬細胞遷移和干擾素γ (IFNγ)?通路，暗示AM侵襲期間TME失調(diào)。總的來說，驅(qū)動突變、基因組不穩(wěn)定性和TME改變共同作用有助于AM侵襲。另外，研究人員還發(fā)現(xiàn)附屬器受累也與AMis的驅(qū)動突變及侵襲能力密切相關(guān)。

圖2-AMis和iAM的基因組比較

3.早期AM的演化克隆過程

本文利用LCM技術(shù)探討患者內(nèi)部垂直侵襲和區(qū)域擴張的進化動態(tài)。首先比較了AMis、Syn_AMis和Syn_iAM三種不同類型病變的基因組圖譜，在5例表現(xiàn)出侵襲驅(qū)動基因的患者中發(fā)現(xiàn)配對的Syn-AMis和Syn-iAM共有突變，但是在純AMis中沒有檢測到。這個結(jié)果表明在垂直侵襲之前就已經(jīng)獲得了侵襲驅(qū)動突變，進一步證實了它們在AM侵襲中的驅(qū)動作用，這些結(jié)果也證實之前提到的基因組不穩(wěn)定性有助于AM侵襲。進一步探索垂直侵襲起源，研究結(jié)果表明，在垂直侵襲階段，AMis在演化早期獲得驅(qū)動突變并迅速穿過基底膜，以單克隆播散到真皮中。

為了探究區(qū)域擴張的演化模式，通過腫瘤細胞分數(shù)?(CCF)推測其克隆組成分析發(fā)現(xiàn)不同患者中存在兩種不同的擴張模式：（1）CE，克隆擴張，即腫瘤細胞保持單一克隆結(jié)構(gòu)進行均質(zhì)擴張；（2）SD，亞克隆分化，即腫瘤細胞在增殖過程中獲得亞克隆，導(dǎo)致腫瘤異質(zhì)性升高。

圖3-AM侵襲的進化動力學(xué)

4.多組學(xué)分析確定AM三種分子亞型

為了進一步了解AM分子亞型，本文利用bulk RNA-seq對81名患者進行檢測，確定C1、C2、C3三種分子亞型。C1亞型作為“角蛋白”亞型，C2亞型提示“染色質(zhì)重塑”表型，C3亞型表現(xiàn)出“增殖”表型。C3亞型亞克隆突變比例最高，且預(yù)后最差。其中C1和C2是均勻混合AMis和iAM，C3亞型高度富集iAM，表明iAM是一個獨特的子集。與非C3 iAM（C1和C2 iAM）相比較，C3 iAM表現(xiàn)為PFS縮短和明顯的惡性現(xiàn)象類型，尤其值得注意的是C3 iAM表現(xiàn)出顯著性更多的亞克隆突變。同時發(fā)現(xiàn)C3亞型表現(xiàn)出較高水平的免疫浸潤、腫瘤相關(guān)巨噬細胞(TAM)和EMT，而通過這三種AM分子亞型來看腫瘤負荷與TAM評分是相互獨立的。相比之下，TAM評分與基因組不穩(wěn)定性相關(guān)，包括wGII和CNH-DNA評分以及亞克隆突變。此外, TAM評分與EMT評分相關(guān)和預(yù)后差。這些結(jié)果共同表明TAM的浸潤可能會促進C3的腫瘤EMT和基因組不穩(wěn)定性并導(dǎo)致預(yù)后不良。

圖4-AM的分子亞型和TME

5.scRNA-seq鑒定APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞亞群

為了在單細胞水平研究腫瘤和TME細胞異質(zhì)性，利用單細胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)對8個AMis?和16個iAM進行檢測，一共獲得223023個細胞，聚類分為13個細胞群。并針對巨噬細胞進行亞群分析，鑒定5種亞群，包括Mph_APOE_CD163，Mph_APOE, Mph_CD163， Mph_ISG15，和Mph_TIMP1。分析顯示Mph_APOE_CD163、Mph_CD163和Mph_APOE 均為免疫抑制TAM，因此統(tǒng)稱為?APOE⁺/CD163⁺ TAM。研究發(fā)現(xiàn)這類巨噬細胞在C3亞型中顯著富集，且浸潤程度與腫瘤EMT分數(shù)正相關(guān)。配體-受體分析表明，巨噬細胞表現(xiàn)出最豐富的細胞間相互作用。

圖5-單細胞分辨率AM腫瘤微環(huán)境動態(tài)

6.空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析證實了APOE⁺/CD163⁺ TAM與EMT腫瘤細胞之間的直接接觸和密切相互作用

為了探索APOE⁺/CD163⁺ TAM與EMT高水平的腫瘤細胞相關(guān)作用，通過空間轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)（ST，BMKMANU S1000）檢測10個AM樣品。結(jié)果可清晰觀察到腫瘤組織多層結(jié)構(gòu)，包括表皮層：基層、棘層和顆粒層、以及分泌汗腺的皮下結(jié)構(gòu)和血管。在C3 iAM患者中，腫瘤區(qū)域富集大量的EMT高水平的腫瘤細胞，同時也高度浸潤了APOE⁺/CD163⁺ TAM，而在非C3患者中無法發(fā)現(xiàn)這種共存。正如預(yù)期的那樣，C3患者表現(xiàn)出EMT腫瘤細胞比例明顯較高，并且APOE⁺/CD163⁺ TAM水平增高。C3患者中，在空間位置上APOE⁺/CD163⁺ TAM更接近EMT腫瘤細胞。CellChat分析顯示APOE⁺/CD163⁺ TAM作為信號發(fā)送者(配體)和接收著（受體）均表現(xiàn)出高活性，證實了其具有細胞與細胞強互作。與其他免疫細胞相比，APOE⁺/CD163⁺ TAM表現(xiàn)出最高水平的胰島素生長因子(IGF)信號網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送細胞和接收細胞，這些結(jié)果揭示APOE⁺/CD163⁺ TAM和EMT腫瘤細胞在空間上的直接接觸和密切相互作用。

圖6-APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞與EMT腫瘤細胞的空間互作關(guān)系

文中如何在空間上實現(xiàn)單細胞分辨率EMT腫瘤細胞和非EMT腫瘤細胞的詳細注釋呢？

研究者利用高分辨空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)結(jié)合細胞分割方法定位到腫瘤EMT狀態(tài)的細胞被定義為EMT腫瘤細胞，而非EMT腫瘤細胞被映射到其他腫瘤狀態(tài)。

圖7-空間轉(zhuǎn)錄組細胞分割和空間蛋白組鑒定APOE⁺/CD163⁺ TAM與EMT腫瘤細胞共定位 A 細胞分割：紅色：APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞 ；藍色：EMT腫瘤細胞；灰色：其他腫瘤細胞 B 細胞分割：紅色：APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞；橙色：EMT腫瘤細胞；藍色：其他腫瘤細胞；灰色：其他細胞。

7.多重空間蛋白質(zhì)組學(xué)驗證了APOE⁺/CD163⁺ TAM與EMT腫瘤細胞之間的相互作用

進一步驗證APOE⁺/CD163⁺?TAM和EMT腫瘤細胞在蛋白水平上的空間分布和相互作用，文中對12個AM樣本進行了空間蛋白組檢測（22 plex CODEX）。其中C3患者以EMT腫瘤區(qū)域為主，非C3患者以非EMT腫瘤區(qū)域為主，結(jié)果表明APOE⁺/CD163⁺ TAM與EMT腫瘤細胞呈正相關(guān)。在C3患者中，IGF1和IGF1R的表達水平均顯著升高。APOE⁺/CD163⁺ TAM高度富集在EMT^high區(qū)域。同時IGF1和IGF1R在EMT^high區(qū)域也顯著升高。這些結(jié)果在單細胞水平和空間水平均支持APOE⁺/CD163^+?TAM可能通過IGF1-IGF1R相互作用促進腫瘤細胞的EMT。

圖8-空間蛋白組證實圖APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞與EMT腫瘤細胞的空間互作

8.實驗驗證APOE⁺/CD163⁺ TAM通過IGF1-IGF1R相互作用促進腫瘤細胞的EMT

流式分選患者腫瘤組織和配對外周血APOE⁺/CD163⁺ TAM，蛋白水平可以檢測到APOE⁺/CD163⁺ TAM的表達，同時AM細胞可以誘導(dǎo)APOE⁺/CD163⁺ TAM表型。離體分析證實C3患者的EMT腫瘤細胞的比例明顯高于非C3患者，ELISA分析顯示，與APOE⁺/CD163⁺ TAM共培養(yǎng)后，IGF1蛋白的分泌持續(xù)升高，而IGF1抑制劑、IGF1R抑制劑及敲除腫瘤的IGF1R均可以抑制這一過程，這些結(jié)果表明APOE⁺/CD163⁺ TAM可以通過IGF1-IGF1R相互作用促進腫瘤細胞的EMT。研究人員還在兩個獨立隊列中驗證了APOE和CD163染色可用于預(yù)測AM的預(yù)后。

圖9-實驗驗證APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞與腫瘤細胞的互作關(guān)系及預(yù)后潛能

研究總結(jié)

綜上所述，本研究基于多組學(xué)測序，系統(tǒng)揭示了早期肢端型黑色素瘤的克隆演化規(guī)律，建立了肢端型黑色素瘤的分子分型，解析了腫瘤細胞-免疫細胞的空間互作關(guān)系，鑒定出新的早期診斷標(biāo)志物（驅(qū)動突變和附屬器受累）及晚期預(yù)后標(biāo)志物（APOE和CD163），為肢端型黑色素瘤的早期診斷和精準(zhǔn)診療提供了重要信息。

北京大學(xué)第一醫(yī)院的張寧教授、李航教授和北京大學(xué)-云南白藥國際醫(yī)學(xué)研究中心的薛瑞棟研究員（北京大學(xué)第一醫(yī)院兼職教授）為共同通訊作者。北京大學(xué)-云南白藥國際醫(yī)學(xué)研究中心劉恒康博士后、北京大學(xué)第一醫(yī)院皮膚性病科高嘉雯博士和北京大學(xué)第一醫(yī)院腫瘤轉(zhuǎn)化研究中心馮梅博士后為共同第一作者。

參考文獻：

Liu et al., Integrative molecular and spatial analysis reveals evolutionary dynamics and tumor-immune interplay of?in situ?and invasive acral melanoma,?Cancer Cell?(2024), https://doi.org/10.1016/j.ccell.2024.04.012

百創(chuàng)S3000?3.5μm?極致提升空間檢測深度和精度

基于空間組學(xué)快速發(fā)展，百邁客自主創(chuàng)新單細胞分辨率空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)（S1000、S2000、S3000），開創(chuàng)原片無錯高清H&E+原片無錯熒光+原片測序，“三片合一”實現(xiàn)精準(zhǔn)的細胞分割，將空間轉(zhuǎn)錄組推進到真實單細胞分辨率的領(lǐng)域。

經(jīng)過不斷打磨，百創(chuàng)智造于2024年3月27日在山東青島正式發(fā)布了百創(chuàng)S3000空間轉(zhuǎn)錄組芯片，性能全面升級，極致提升空間組學(xué)檢測的深度和精度。

百創(chuàng)S3000在6.8mm*6.8mm 的捕獲區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)了4,144,770個捕獲位點，相鄰兩個捕獲位點的中心距為3.5μm。

相較于現(xiàn)在廣受市場認可與好評的百創(chuàng)S1000轉(zhuǎn)錄組芯片，捕獲位點數(shù)提升近2倍，分辨率同樣提升近2倍。

在相同的測序飽和度下，單細胞級別分辨率下中位UMI提升了30%~70%，中位基因數(shù)提升30%-60%。

2024年4月，北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院李博生團隊和葉文秀團隊在《Genomics, Proteomics, and Bioinformatics》（IF=9.5）雜志上發(fā)表了一篇綜述文章，題為《Opportunities and challenges in advancing plant research with single-cell omics》。

Abstract

植物擁有多樣化的細胞類型和復(fù)雜的調(diào)控機制，以適應(yīng)自然界不斷變化的環(huán)境。為了研究細胞類型及其發(fā)育過程，已經(jīng)采用了包括單細胞測序方法在內(nèi)的各種策略，這些方法提供了高維度的數(shù)據(jù)目錄以解決生物學(xué)問題。近年來，轉(zhuǎn)錄組學(xué)、表觀基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)等單細胞測序技術(shù)已經(jīng)在植物科學(xué)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，以揭示單細胞層面的復(fù)雜生物關(guān)系。然而，由于植物細胞結(jié)構(gòu)的特性所帶來的挑戰(zhàn)，單細胞技術(shù)在植物領(lǐng)域的應(yīng)用受到了更多的限制。本綜述文章概述了單細胞組學(xué)技術(shù)的最新進展，這些技術(shù)在植物系統(tǒng)中的意義和未來的研究應(yīng)用前景，以及植物系統(tǒng)中單細胞組學(xué)所面臨的挑戰(zhàn)。

KEYWORDS

多組學(xué)；單細胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)；空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)；單細胞表觀基因組學(xué)；單細胞蛋白質(zhì)組學(xué)

單細胞多組學(xué)技術(shù)在植物研究中的應(yīng)用及優(yōu)勢

該綜述文章詳細介紹了植物單細胞分離技術(shù)，包括微吸（Micro-pipetting）、光鑷（Optical tweezers）、微流控（Microfluidics）、單細胞微孔板（microwell）、分裂池（split-pool）、激光捕獲顯微切割（LCM）、流式細胞熒光分選技術(shù)（FACS）。特別強調(diào)了單細胞微流控分離技術(shù)在獲取高通量異質(zhì)性細胞類群方面的應(yīng)用。此外，也對原生質(zhì)體測序和單細胞核測序在植物中的應(yīng)用優(yōu)勢進行了比較。原生質(zhì)體測序能夠獲取更多的基因中位數(shù)，但需要酶解分離，對不易酶解的樣本難以獲取原生質(zhì)體，并且酶解過程可能影響細胞基因表達等信息。相比之下，細胞核測序不依賴酶解過程，特別適用于不易酶解的植物樣本，且能夠?qū)崟r捕獲基因表達信息，但捕獲基因數(shù)相對較低，且無法獲取細胞質(zhì)中的轉(zhuǎn)錄本信息等缺陷。另外，該文還全面闡述了單細胞轉(zhuǎn)錄組測序、單細胞表觀組、單細胞蛋白質(zhì)組、單細胞代謝組和空間轉(zhuǎn)錄組等技術(shù)在植物基因表達、細胞命運決定和發(fā)育進程研究中的應(yīng)用實例。

圖1-植物多組學(xué)研究流程圖，單細胞轉(zhuǎn)錄組測序、單細胞ATAC測序(可轉(zhuǎn)座酶可及染色質(zhì)測序)、空間轉(zhuǎn)錄組及空間代謝組在獲得特定類群細胞或組織基因表達及代謝信息的應(yīng)用。

單細胞多組學(xué)技術(shù)在植物研究中的前景與挑戰(zhàn)

該綜述文章概述了單細胞組學(xué)和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)在植物研究中的廣泛應(yīng)用前景。其中包含發(fā)現(xiàn)新的細胞類型、尋找植物育種分子標(biāo)記，揭示應(yīng)激響應(yīng)基因和其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。單細胞技術(shù)與多組學(xué)技術(shù)的融合為植物細胞生物學(xué)研究提供了更加全面和深入的視角。這有望為提高作物產(chǎn)量和解決可持續(xù)農(nóng)業(yè)面臨的關(guān)鍵問題提供新的思路。同時，文章指出了植物空間生物學(xué)目前面臨的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括組織切片轉(zhuǎn)移、細胞邊界識別以及含水量高的薄壁細胞組織冷凍切片容易破碎等問題。文章還提出了高壓冷凍技術(shù)(HPF)和使用甲醛固定石蠟包埋組織標(biāo)本(FFPE)等潛在解決方案。最后，文章強調(diào)了這些先進技術(shù)對于深化我們對植物發(fā)育、生長和應(yīng)激適應(yīng)機制的理解，以及推動植物研究和農(nóng)業(yè)進步的重要作用。單細胞技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用將為植物科學(xué)領(lǐng)域帶來更多的機遇和突破。

圖2-單細胞多組學(xué)技術(shù)在植物研究領(lǐng)域中的應(yīng)用，包含單細胞水平基因表達、蛋白豐度、代謝產(chǎn)物水平和植物中的表觀遺傳修飾等。

在這篇文章中，李博生團隊和葉文秀團隊深入探討了單細胞組學(xué)技術(shù)在植物研究中的應(yīng)用。隨著單細胞測序技術(shù)的飛速發(fā)展，研究人員能夠以前所未有的精度分析復(fù)雜多細胞組織中單個細胞或一類細胞的分子和功能異質(zhì)性。這一技術(shù)的突破為植物研究開辟了新的天地，使得研究人員能夠更深入地理解植物的生長、發(fā)育和響應(yīng)環(huán)境變化的機制。

文中同樣也提到了BNKMANU?S1000等空間組學(xué)技術(shù)在植物研究中的價值，能使研究人員能夠深入了解復(fù)雜生物系統(tǒng)中不同細胞類型的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)。通過分析細胞與其環(huán)境之間的相互作用，空間組學(xué)能夠發(fā)現(xiàn)新的細胞亞型、確定細胞譜系關(guān)系以及識別整個組織和器官內(nèi)的細胞演變過程【2】。

參考文獻：

1.Rhaman,M.S.,Ali,M.,Ye,W.and Li,B.,2024.Opportunities and Challenges in Advancing Plant Researchwith Single-cell Omics.Genomics,Proteomics &Bioinformatics,p.qzae026.

2. Song X, Guo P, Xia K, Wang M, Liu Y, Chen L, Zhang J, Xu M, Liu N, Yue Z, Xu X, Gu Y, Li G, Liu M, Fang L, Deng XW, Li B. Spatial transcriptomics reveals light-induced chlorenchyma cells involved in promoting shoot regeneration in tomato callus.?Proc Natl Acad Sci U S A. 2023;120(38):e2310163120. doi:10.1073/pnas.2310163120.

文章來源于BAP?BioArt植物