自2023年6月，百創(chuàng)時(shí)空技術(shù)第一篇文章見刊至今19個(gè)月內(nèi)，使用百創(chuàng)時(shí)空技術(shù)文章累計(jì)33篇，在線文章平均影響因子12+，涉及哺乳動(dòng)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(gè)物種，25個(gè)組織類型，涵蓋腫瘤研究、疾病機(jī)制、再生、進(jìn)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(jìn)化動(dòng)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(hào)：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(xì)胞亞群與 EMT 腫瘤細(xì)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(duì)10例 AM 樣本進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)（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(dá)黑色素基因MLANA、PMEL、TYPR?和 DCT）。

數(shù)據(jù)表明（與單細(xì)胞數(shù)據(jù)聯(lián)合分析）C3 亞型的 EMT 腫瘤細(xì)胞占比高，并且有 APOE+CD163+ 巨噬細(xì)胞的浸潤，巨噬細(xì)胞與 EMT 腫瘤細(xì)胞具有共定位特征。CellChat 互作分析驗(yàn)證了 APOE+CD163+ 巨噬細(xì)胞的高度受體配體互作，與單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組結(jié)果高度一致（APOE+/CD163+ 巨噬細(xì)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(xì)胞蛋白組學(xué)對(duì)患者腫瘤免疫微環(huán)境進(jìn)行了深入分析，結(jié)果顯示APOE+CD163+ TAM和EMThigh腫瘤細(xì)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(jī)制

中文題目：單細(xì)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(hào)：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(duì)人類健康構(gòu)成顯著風(fēng)險(xiǎn)。研究表明PFOA會(huì)影響女性生殖，但其對(duì)子宮內(nèi)膜容受性和潛在機(jī)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(duì)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(xì)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(xì)胞功能和發(fā)育的具體機(jī)制。值得注意的是，研究者發(fā)現(xiàn)ANGPTL（血管生成素樣）信號(hào)通路失調(diào)，這一通路對(duì)于子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞和上皮細(xì)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(qiáng)調(diào)了針對(duì)環(huán)境污染物相關(guān)不孕癥治療干預(yù)的潛在靶點(diǎn)。

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(jī)制

發(fā)表期刊：PNAS

發(fā)表年份：2023

影響因子：10.1

DOI號(hào)：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(xì)胞的異質(zhì)性，并在單細(xì)胞水平上詳細(xì)解析了激素信號(hào)和重要調(diào)控因子在各種細(xì)胞和組織中的表達(dá)情況。研究結(jié)果不僅發(fā)現(xiàn)了表皮和芽原基細(xì)胞的亞型和功能，還揭示了綠色組織（chlorenchyma）細(xì)胞在芽原基細(xì)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(jìn)綠色組織細(xì)胞的發(fā)育和激活雷帕霉素靶蛋白TOR來推動(dòng)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(hào)：?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(dá)的空間分布成為可能。然而，目前對(duì)于不同sST平臺(tái)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(píng)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(kuò)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(xì)胞數(shù)據(jù)所不具備的獨(dú)特屬性，例如增強(qiáng)捕獲模式化稀有細(xì)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(tái)提供了指導(dǎo)，有助于促進(jìn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)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(píng)估空間轉(zhuǎn)錄組分析計(jì)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(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組分析揭示玉米莖葉枕發(fā)育中韌皮纖維細(xì)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(hào)：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(jī)制尚不清楚。該研究通過對(duì)不同玉米自交系的莖葉枕區(qū)域進(jìn)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(xì)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(xì)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(xì)胞富集基因。

此外，研究者功能驗(yàn)證了兩個(gè)編碼非典型bHLH轉(zhuǎn)錄因子的基因bHLH30及其同源基因bHLH155，它們?cè)谏扉L的上表皮細(xì)胞中高表達(dá)。遺傳分析表明，bHLH30和bHLH155正向調(diào)控葉片角度的擴(kuò)張，分子實(shí)驗(yàn)表明它們能夠激活細(xì)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(xì)胞的進(jìn)一步延伸和增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)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(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組圖譜不僅加深了研究者對(duì)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(diǎn)。

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(xì)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(hào)：?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(xì)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(xì)胞核染色或數(shù)學(xué)推導(dǎo)，這些方法要么排除了細(xì)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(xì)胞邊界定義方法：利用基因編碼的熒光蛋白對(duì)細(xì)胞膜進(jìn)行標(biāo)記，從而能夠在組織切片上精確定位細(xì)胞內(nèi)的測序位點(diǎn)和轉(zhuǎn)錄本。與基于細(xì)胞核的方法相比，這種基于細(xì)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(dá)譜與單細(xì)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(xì)胞類型特異性標(biāo)記。該方法還提高了單細(xì)胞分辨率，能夠更好地識(shí)別稀有細(xì)胞類型并詳細(xì)解析墨西哥鈍口螈大腦和腸的空間域。除了常規(guī)細(xì)胞外，該方法還能夠準(zhǔn)確識(shí)別小鼠肝臟中的多核細(xì)胞和無核細(xì)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(shí)現(xiàn)的。該研究為改善空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)提供了一種強(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(hào)：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(jìn)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(dòng)了空氣鳳梨向儲(chǔ)水型和空氣型的分化?；蚪M和轉(zhuǎn)錄組分析揭示了與儲(chǔ)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(xì)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(duì)空中生態(tài)位的適應(yīng)性進(jìn)化提供了多組學(xué)視角。

在短短19個(gè)月間，百創(chuàng)時(shí)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(duì)百創(chuàng)時(shí)空技術(shù)先進(jìn)性與實(shí)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(shí)空技術(shù)會(huì)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(dòng)生命科學(xué)進(jìn)步與技術(shù)革新貢獻(xiàn)更為強(qiáng)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(xì)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(dòng)物卵巢中，卵泡的位置對(duì)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(duì)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(duì)雌性生育的起始至關(guān)重要。然而，目前對(duì)胚胎階段卵巢微環(huán)境形成機(jī)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(xì)胞類型的協(xié)同作用。

在小鼠中，原始生殖細(xì)胞從外胚層遷移到生殖脊并在性腺中增殖，隨后在特定時(shí)間點(diǎn)沿前后軸異步啟動(dòng)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(hào)無關(guān)，而是通過TEX14形成細(xì)胞間橋來實(shí)現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了生殖細(xì)胞微環(huán)境在決定其發(fā)育命運(yùn)中的關(guān)鍵作用。

目前對(duì)卵巢發(fā)育中卵母細(xì)胞的研究主要集中在基因表達(dá)上，但對(duì)卵母細(xì)胞在卵泡發(fā)生過程中的細(xì)微空間定位及主要體細(xì)胞類型的空間動(dòng)力學(xué)特征了解有限。通過空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)和單細(xì)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(xì)胞空間定位的保守性，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了卵巢微環(huán)境在決定卵母細(xì)胞命運(yùn)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(jì)18,956個(gè)高質(zhì)量細(xì)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(xì)胞軌跡推斷（Cellrank）；同源基因轉(zhuǎn)化（biomaRt）；細(xì)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)：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(xì)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(shí)空發(fā)育特征，研究者將單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）與10× Visium空間轉(zhuǎn)錄組（ST）技術(shù)相結(jié)合，對(duì)豬卵巢發(fā)育過程中的細(xì)胞空間屬性進(jìn)行了系統(tǒng)分析。4個(gè)發(fā)育時(shí)間點(diǎn)（E45、E55、E65和E75；scRNA-seq各包括2個(gè)胚胎；ST：E45、E55、E65各包括2個(gè)胚胎，E75，1個(gè)胚胎），其中包括早期卵子發(fā)生的各階段。保留了18,956個(gè)高質(zhì)量細(xì)胞，共鑒定出17個(gè)聚類，包含9種主要細(xì)胞類型：生殖細(xì)胞、雙潛能前顆粒細(xì)胞、上皮前顆粒細(xì)胞、性腺間質(zhì)細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、血管周圍細(xì)胞、T細(xì)胞、巨噬細(xì)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(xì)胞類型解卷積

為了揭示卵巢發(fā)育過程中不同細(xì)胞類型的空間動(dòng)態(tài)變化，研究者進(jìn)行了細(xì)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(xì)胞異質(zhì)性提供了有力工具，但它缺乏細(xì)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(jìn)行測序，以更好地展現(xiàn)豬卵巢發(fā)育過程中不同細(xì)胞類型的空間動(dòng)態(tài)變化。研究者首先對(duì)ST數(shù)據(jù)進(jìn)行了質(zhì)量評(píng)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(duì)ST數(shù)據(jù)進(jìn)行了細(xì)胞類型的解卷積，實(shí)現(xiàn)了細(xì)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(xì)胞類型的空間分布相對(duì)較為“隨機(jī)”。然而，隨著發(fā)育進(jìn)展到E65階段，研究者觀察到了一個(gè)明顯的空間分布模式：生殖細(xì)胞在E45-E55階段隨機(jī)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(duì)于前顆粒細(xì)胞群，我們觀察到了兩種具有不同空間定位模式的細(xì)胞類型：BPG細(xì)胞在E55之前隨機(jī)分布，并逐漸在E75時(shí)集中于髓質(zhì)區(qū)域；而EPG細(xì)胞則在整個(gè)發(fā)育過程中始終位于卵巢表面。

為進(jìn)一步驗(yàn)證分析結(jié)果，研究者進(jìn)行了全組織染色實(shí)驗(yàn)，使用生殖細(xì)胞標(biāo)志物DDX4和前顆粒細(xì)胞標(biāo)志物KRT19對(duì)E45至E75的胎兒卵巢進(jìn)行染色，實(shí)驗(yàn)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(xì)胞在卵巢背腹軸上的空間分布，并通過熒光強(qiáng)度分析確認(rèn)了生殖細(xì)胞和前顆粒細(xì)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(xì)胞類型的空間動(dòng)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(xì)尺度豬生殖細(xì)胞發(fā)育軌跡

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

為了深入了解早期豬卵母細(xì)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(xì)胞的scRNA-seq數(shù)據(jù)識(shí)別了相關(guān)基因模塊，共鑒定出11個(gè)功能各異的基因模塊。通過將單個(gè)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(xì)胞生成過程中的基因表達(dá)譜后，研究人員進(jìn)一步在空間環(huán)境中研究了這一過程。通過對(duì)ST芯片上的生殖細(xì)胞進(jìn)行解卷積，揭示了早期卵母細(xì)胞生成的皮質(zhì)-髓質(zhì)梯度。為了驗(yàn)證上述分析，研究人員使用生殖細(xì)胞標(biāo)記DDX4和減數(shù)分裂生殖細(xì)胞細(xì)線期標(biāo)記γH2AX進(jìn)行了全組織染色實(shí)驗(yàn)，以定位在不同階段啟動(dòng)減數(shù)程序的生殖細(xì)胞。評(píng)估了C-M軸的熒光強(qiáng)度后發(fā)現(xiàn)在E45和E55卵巢中，γH2AX信號(hào)沿C-M軸的水平相似，而在E65至E75卵巢中，γH2AX信號(hào)在內(nèi)皮層達(dá)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(duì)生殖細(xì)胞空間位置模式的特征化

為了進(jìn)一步驗(yàn)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(diǎn)大小約為10微米）的平臺(tái)進(jìn)行了ST測序。結(jié)果與E65時(shí)的Visium ST解卷積一致，使用S1000平臺(tái)在E65時(shí)可視化ZP3陽性卵母細(xì)胞的空間位置也證實(shí)了其在內(nèi)皮層的表達(dá)。

圖4-生殖細(xì)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(xì)胞分辨率下再現(xiàn)了豬生殖細(xì)胞的發(fā)育過程，并闡明了豬卵巢組織中生殖細(xì)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(xì)胞基因表達(dá)程序及空間位置模式的保守性

為了深入理解哺乳動(dòng)物卵母細(xì)胞生成的空間調(diào)控機(jī)制，研究人員進(jìn)行了跨物種分析。研究團(tuán)隊(duì)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(shí)期的ST數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，以分析卵母細(xì)胞生成各階段生殖細(xì)胞的空間位置模式。與人類情況一致的是，生殖細(xì)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(hào)在DDX4陽性細(xì)胞中不可檢測，且主要在周圍性腺體細(xì)胞中表達(dá)。這些結(jié)果進(jìn)一步揭示，除了保守的基因表達(dá)程序外，人類和豬在早期卵母細(xì)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(xì)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(xì)胞生成各階段生殖細(xì)胞的空間位置模式。對(duì)于早期卵母細(xì)胞階段的生殖細(xì)胞，這些細(xì)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(xì)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(xì)胞階段，豬和人類中這些生殖細(xì)胞的位置模式相似，主要位于外髓質(zhì)區(qū)域。通過評(píng)估生殖細(xì)胞到卵巢表面的相對(duì)距離（以卵巢寬度標(biāo)準(zhǔn)化），觀察到豬和人類早期卵母細(xì)胞生成過程均顯示出生殖細(xì)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(xì)胞生成過程中保守的基因表達(dá)程序和表觀遺傳重編程模式，還強(qiáng)調(diào)了兩種物種在整個(gè)早期卵母細(xì)胞生成階段空間動(dòng)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(xì)胞譜系的時(shí)空特性

在發(fā)育中的卵巢中，顆粒細(xì)胞與生殖細(xì)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(xì)胞譜系，并使用UMAP進(jìn)行了細(xì)胞聚類分析，共鑒定出10個(gè)細(xì)胞簇。分析了潛在時(shí)間基因表達(dá)動(dòng)態(tài)和顆粒細(xì)胞前體發(fā)育軌跡中wave II型顆粒細(xì)胞（PreGC_II）的命運(yùn)決定。與PreGC_I相比，簇6和7中的基因在PreGC_II命運(yùn)決定中起關(guān)鍵作用，如WNT6、GREM1和SFRP4，這些結(jié)果共同強(qiáng)調(diào)了WNT信號(hào)分子在豬顆粒細(xì)胞前體命運(yùn)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(xì)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(duì)wave I型顆粒細(xì)胞前體（PreGC_I）和wave II型顆粒細(xì)胞前體（PreGC_II）的標(biāo)志性基因進(jìn)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(hào)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(hào)明顯環(huán)繞著DDX4（生殖細(xì)胞的標(biāo)志）的信號(hào)，表明卵巢卵泡組裝的早期階段，wave II型顆粒細(xì)胞（來源于皮質(zhì)區(qū)域的顆粒細(xì)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(xì)胞譜系的空間特性，進(jìn)行了細(xì)胞類型反卷積，并觀察到卵巢表面上皮（OSE）細(xì)胞群主要位于豬卵巢的表面，并隨著發(fā)育的進(jìn)行細(xì)胞數(shù)量增加。在E45時(shí)，I型顆粒細(xì)胞前體（PreGC_I）細(xì)胞廣泛分布在髓質(zhì)中，部分位于皮質(zhì)中；在E65時(shí)，觀察到I型顆粒細(xì)胞前體（PreGC_I）和II型顆粒細(xì)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(jìn)一步驗(yàn)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(xì)胞譜系的空間時(shí)間特性。

圖6-使用ST技術(shù)表征前顆粒細(xì)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(xì)胞類型的空間特性

除了生殖細(xì)胞和顆粒細(xì)胞外，研究人員還進(jìn)一步以更高分辨率分析了GI（間質(zhì)細(xì)胞）和Sm（平滑肌細(xì)胞）這兩種體細(xì)胞在豬卵巢中的空間分布模式，因?yàn)檫@兩種細(xì)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(duì)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(xì)胞的空間位置隨著從E45到E75的發(fā)育進(jìn)展而發(fā)生變化。通過RNA速度分析確定的分化譜系細(xì)胞和增殖狀態(tài)細(xì)胞在E45和E55時(shí)的卵巢中隨機(jī)分布，而在E65時(shí)，觀察到這些細(xì)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(xì)胞附近。這些發(fā)現(xiàn)共同揭示了豬卵巢發(fā)育早期體細(xì)胞空間位置模式的動(dòng)態(tài)變化，表明它們?cè)谛纬蓪?duì)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(xì)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(qiáng)調(diào)了其在調(diào)控生殖細(xì)胞命運(yùn)中的關(guān)鍵作用

在闡明了發(fā)育中的豬卵巢中主要細(xì)胞類型的時(shí)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(xì)胞命運(yùn)決定。首先對(duì)細(xì)胞類型豐度進(jìn)行了非負(fù)矩陣分解（NMF），以研究發(fā)育中卵巢中細(xì)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(xì)胞niche，并揭示了與不同空間來源的生殖細(xì)胞共定位的體細(xì)胞。為了全面理解細(xì)胞-細(xì)胞通信模式的功能性，研究人員使用CellphoneDB進(jìn)行GO富集分析，識(shí)別了不同區(qū)域生殖細(xì)胞與體細(xì)胞之間的配體-受體（L-R）對(duì)，發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)和髓質(zhì)區(qū)域之間細(xì)胞-細(xì)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(duì)顯著富集了NOTCH信號(hào)通路，PreGC_ii0和PreGC_ii8表達(dá)NOTCH信號(hào)介導(dǎo)因子NOTCH2，而其配體DLK1和JAG1則在向減數(shù)分裂進(jìn)程中的生殖細(xì)胞中表達(dá)，結(jié)果表明NOTCH2在豬早期生殖細(xì)胞命運(yùn)決定中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在髓質(zhì)區(qū)域細(xì)胞-細(xì)胞通信分析揭示了在卵細(xì)胞階段的生殖細(xì)胞表達(dá)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(dá)。研究人員發(fā)現(xiàn)髓質(zhì)區(qū)域的體細(xì)胞表達(dá)了一系列細(xì)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(xì)胞生成中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證細(xì)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(jìn)行體外條件下，補(bǔ)充NOTCH信號(hào)抑制劑DAPT和基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑多西環(huán)素是否會(huì)影響生殖細(xì)胞命運(yùn)。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(jìn)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(dá)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(dá)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(jìn)一步支持了在空間背景下的細(xì)胞-細(xì)胞通訊分析，并強(qiáng)調(diào)了卵巢微環(huán)境在調(diào)節(jié)生殖細(xì)胞命運(yùn)中的重要作用。

圖8-卵巢皮質(zhì)和髓質(zhì)之間細(xì)胞-細(xì)胞通訊模式的比較

研究總結(jié)

綜上所述，該研究基于單細(xì)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(shí)空基因表達(dá)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(duì)豬繁殖性狀形成復(fù)雜機(jī)制的認(rèn)識(shí)，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(diǎn)了6篇2025年應(yīng)用百創(chuàng)S系列空間技術(shù)發(fā)表的時(shí)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(shí)空組學(xué)文章吧！

一、人腎透明細(xì)胞癌時(shí)空?qǐng)D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(xì)胞癌患者

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

DOI：10.1136/jitc-2024-010183

發(fā)布時(shí)間：2025.01.04

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

取樣策略：

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

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

① 透明細(xì)胞腎細(xì)胞癌（ccRCC）是腎細(xì)胞癌（RCC）中最常見的組織學(xué)類型。然而，免疫抑制細(xì)胞的空間和功能異質(zhì)性以及它們相互作用促進(jìn)透明細(xì)胞腎細(xì)胞癌中免疫抑制的機(jī)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(bào)道過的間質(zhì)細(xì)胞和免疫細(xì)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(gè)特征性基因集（包括上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化高表達(dá)細(xì)胞群、轉(zhuǎn)移細(xì)胞群和近端小管高表達(dá)細(xì)胞群）去除了批次效應(yīng)后，驗(yàn)證了腫瘤細(xì)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(xì)胞（Treg）亞群，該亞群具有終末效應(yīng)Treg細(xì)胞的分子特征，但表達(dá)多種細(xì)胞因子，如白細(xì)胞介素（IL）-1β和IL-18。這組Treg細(xì)胞具有更強(qiáng)的免疫抑制功能，且與透明細(xì)胞腎細(xì)胞癌（ccRCC）隊(duì)列的不良預(yù)后相關(guān)。它們?cè)谀[瘤-正常組織交界處與MRC1+FOLR2+腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）共定位，形成一個(gè)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(xì)胞的起源，并揭示IL-18可通過ERK/NF-κB途徑誘導(dǎo)Treg細(xì)胞中IL-1β的表達(dá)。

圖1-腎透明細(xì)胞癌（ccRCC）細(xì)胞群的整體分析

二、豬早期卵子發(fā)生的時(shí)空?qǐng)D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(xì)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(shí)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(xì)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(xì)胞RNA測序(scRNA-seq)和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)(ST)來理解時(shí)空基因表達(dá)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(xì)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(xì)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(xì)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(jìn)行RNA速度分析，確定了豬卵巢皮質(zhì)和髓質(zhì)區(qū)顆粒細(xì)胞系的分子特征和空間動(dòng)力學(xué)?？臻g共定位分析和細(xì)胞間通訊分析揭示了皮質(zhì)和髓質(zhì)區(qū)域生殖細(xì)胞和體細(xì)胞之間獨(dú)特的細(xì)胞-細(xì)胞通訊模式。

③ 值得注意的是，卵巢組織的體外培養(yǎng)證實(shí)細(xì)胞間NOTCH信號(hào)傳導(dǎo)和細(xì)胞外間質(zhì)(ECM)蛋白在啟動(dòng)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(duì)于生殖細(xì)胞的命運(yùn)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(tái)對(duì)ZP3在E65階段的表達(dá)豐度進(jìn)行精細(xì)可視化分析

三、榛子胚珠時(shí)空?qǐng)D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(shí)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(gè)野生型榛子，包括一個(gè)大的、發(fā)育中的胚珠（WTL）和一個(gè)小的、敗育胚珠（WTs），以及一個(gè)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(jī)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(shí)中的13C豐度。光合作用的13C標(biāo)記產(chǎn)物被迅速運(yùn)輸?shù)桨凸麑?shí)中，胚珠中的δ13C值高于苞片、外殼和薄壁組織。

② 對(duì)正常發(fā)育和敗育胚珠進(jìn)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(yùn)輸。BNG的外殼、薄壁組織和胚珠中的δ13C值明顯低于對(duì)照組，僅占對(duì)照組的1.3%~18.7%。根據(jù)每個(gè)Spots點(diǎn)基因表達(dá)的相似性，研究人員獲得了六個(gè)簇，包括476個(gè)不同空間區(qū)域的獨(dú)特差異表達(dá)基因（DEGs）。在這些DEG簇中，只有cluster3的DEG在碳水化合物代謝和運(yùn)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(dá)豐度最高。

③ 根據(jù)序列比對(duì)結(jié)果的相似性，研究人員在擬南芥中鑒定了四個(gè)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(jī)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(jìn)化中的時(shí)空?qǐng)D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(xì)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(shí)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(xì)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(xì)胞核和空間RNA-seq數(shù)據(jù)。通過結(jié)合單細(xì)胞核和空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，研究人員可以追蹤單細(xì)胞核簇標(biāo)記基因的空間表達(dá)，并將單細(xì)胞核簇映射到空間位置上。這種能力為注釋單細(xì)胞核簇提供了強(qiáng)大的支持。

② 將細(xì)胞簇解析的轉(zhuǎn)錄組比較與基因組比對(duì)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(dá)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(dá)基因的序列比雌穗中高表達(dá)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(xì)胞聚類與細(xì)胞類型鑒定

五、時(shí)空?qǐng)D譜揭示了B染色體在驅(qū)動(dòng)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(xì)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(shí)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(xì)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(gè)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(gè)重復(fù)包埋在一起）

① 入侵植物能嚴(yán)重破壞本土生物多樣性，但其成功入侵背后的遺傳機(jī)制仍不甚明了。迄今為止，僅對(duì)少數(shù)入侵物種進(jìn)行了基因組學(xué)研究，且尚未應(yīng)用單細(xì)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(dòng)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(xì)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(xì)胞圖譜。UMAP分析在莖系統(tǒng)中鑒定出19個(gè)獨(dú)特的細(xì)胞簇。基因本體（GO）富集分析實(shí)現(xiàn)了對(duì)關(guān)鍵細(xì)胞類型的注釋，包括葉肉細(xì)胞、表皮細(xì)胞、維管束鞘細(xì)胞和木質(zhì)部細(xì)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(xì)胞的多能性，其中第3簇的葉綠組織細(xì)胞被確定為能夠分化為各種組織的祖細(xì)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(dá)存在顯著差異，尤其是在與莖尖分生組織相關(guān)的細(xì)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(xì)胞簇中均顯著上調(diào)，尤其是在葉肉細(xì)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(qiáng)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(xì)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(duì)普通蘆葦芽的組織進(jìn)行單細(xì)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(shí)空?qǐng)D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(xì)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(shí)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(xì)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(gè)獨(dú)特成員。急性MRV感染主要影響鱖魚的一個(gè)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(yán)重腹水這一特征性外部臨床癥狀的驅(qū)動(dòng)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(xì)胞RNA測序，研究人員分析了上皮、免疫和間質(zhì)細(xì)胞群的細(xì)胞組成，確定了巨噬細(xì)胞、粒細(xì)胞以及T細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞作為急性細(xì)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(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，MRV攻擊特定的T細(xì)胞和B細(xì)胞免疫細(xì)胞亞群以及成纖維細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞的間質(zhì)細(xì)胞，導(dǎo)致增生性漿膜區(qū)的細(xì)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(duì)鱖魚幽門盲囊對(duì)急性MRV感染的全面單細(xì)胞分辨率分析，并強(qiáng)調(diào)了病毒驅(qū)動(dòng)的漿膜炎是導(dǎo)致鱖魚嚴(yán)重腹水的根本原因。

圖7-受感染幽門盲囊單細(xì)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(tái)）

楊樹，作為一種廣泛栽培的經(jīng)濟(jì)樹種，以其高效、快速的扦插繁殖方法廣受認(rèn)可。然而，要實(shí)現(xiàn)高效的扦插繁殖，根系的再生能力至關(guān)重要。沒有強(qiáng)大的根再生能力，扦插的枝條將難以成活，進(jìn)而影響到整個(gè)種植計(jì)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(duì)細(xì)胞分裂素的研究則相對(duì)較少。

空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)是一項(xiàng)新興的技術(shù)，它能夠在細(xì)胞水平上揭示基因表達(dá)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(xì)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(xì)胞分裂素響應(yīng)基因的表達(dá)貫穿整個(gè)發(fā)育過程。并且這些細(xì)胞分裂素響應(yīng)基因的啟動(dòng)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(xì)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(xì)胞的分化路徑，研究團(tuán)隊(duì)采用了擬時(shí)序軌跡分析方法，成功繪制了從形成層細(xì)胞到根原基細(xì)胞的分化路徑，展示了細(xì)胞分化的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)潛在關(guān)鍵基因SAC56和LOS1，它們有望為未來增強(qiáng)植物根系再生提供新的解決方案和思路。

總的來說，這項(xiàng)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(jī)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(dá)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(tái)空間轉(zhuǎn)錄組(細(xì)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(gè)生動(dòng)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(dú)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(bǔ)”的奇妙現(xiàn)象。

空氣植物的進(jìn)化引發(fā)了幾個(gè)值得思考的問題：它們是何時(shí)、何地從陸生環(huán)境轉(zhuǎn)向空中棲息地的？是什么驅(qū)動(dòng)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(gè)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(jì)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(dòng)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(jìn)化動(dòng)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(jī)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(jìn)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(fù)調(diào)控基因WG2則受到正向選擇。同時(shí)，根系對(duì)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(jìn)化適應(yīng)增強(qiáng)了它們?cè)诖髿馍鷳B(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(jìn)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(xì)胞壁合成相關(guān)的多個(gè)基因在根被和皮層組織中表現(xiàn)出快速表達(dá)，為根系在生長過程中迅速木質(zhì)化并發(fā)揮機(jī)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(jī)制

3.特化表皮毛替代根系獲得吸收功能，實(shí)現(xiàn)“器官功能互補(bǔ)”的機(jī)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(jìn)化出了吸收功能，代替根系，實(shí)現(xiàn)了“器官功能互補(bǔ)”。這些多細(xì)胞表皮毛由基部活細(xì)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(xì)管流動(dòng)，這對(duì)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(gè)關(guān)鍵串聯(lián)重復(fù)基因——CYP96A15（圖5a）。這三個(gè)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(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)這些CYP96A15重復(fù)基因在表皮毛的頂端和基部細(xì)胞中特異性表達(dá)(圖5c)，進(jìn)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(gè)在表皮毛細(xì)胞中特異性表達(dá)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(jìn)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(gè)對(duì)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(xì)菌（圖7a），且這些細(xì)菌具有特異性，特別是1174-901-12屬細(xì)菌，專一性地附生在空氣鳳梨的葉表，并且在細(xì)菌類群中占據(jù)主要地位，可能與空氣鳳梨共進(jìn)化（圖7b-c）。此外，固氮酶nifA和nifH的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證實(shí)了這些細(xì)菌的固氮能力(圖7d)。這些固氮細(xì)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(xì)菌的鑒定與分析

總的來說，這項(xiàng)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(jìn)化機(jī)制（圖8），為陸生植物進(jìn)化動(dòng)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(jìn)化歷程圖

BMKMANU S5000正式發(fā)布

隨著百邁客生物在時(shí)空組學(xué)領(lǐng)域的不斷探索，在保證具備亞細(xì)胞分辨率的條件下，研究團(tuán)隊(duì)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)對(duì)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(duì)象：小鼠胚胎（眼球）、成年小鼠腦（海馬區(qū)）和嗅球

研究團(tuán)隊(duì)：廣州實(shí)驗(yàn)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(jìn)轉(zhuǎn)錄組尺度的空間基因表達(dá)測量催化了生命科學(xué)領(lǐng)域重要的進(jìn)展，但目前還缺乏對(duì)不同平臺(tái)進(jìn)行全面基準(zhǔn)測試的評(píng)估?，F(xiàn)有的技術(shù)和數(shù)據(jù)集的可變性對(duì)制定標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)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(shí)驗(yàn)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)

使用11種sST技術(shù)，對(duì)三種組織進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測序及分析，并對(duì)可以實(shí)現(xiàn)更高分辨率的BMKMANU S1000、Stereo-seq及Slide-seqV2?在細(xì)胞級(jí)（10μm）分辨率下進(jìn)一步進(jìn)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(dá)到了亞細(xì)胞級(jí)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(gè)平臺(tái)的捕獲性能測試中，文章通過對(duì)相同捕獲面積內(nèi)的UMI數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以此來進(jìn)行捕獲效率的評(píng)判，文中分別對(duì)原始測序下，以及數(shù)據(jù)歸一化條件下，進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，展示出了較大的差異，這意味著不同的測序量對(duì)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(xì)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(gè)技術(shù)的UMI捕獲

同時(shí)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(duì)visium(polyA-based)未能捕獲到的基因，在其它技術(shù)平臺(tái)中的表現(xiàn)也做了統(tǒng)計(jì)，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(gè)技術(shù)對(duì)visium(polyA-based)未檢出基因的檢出統(tǒng)計(jì)

分子橫向擴(kuò)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(píng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)應(yīng)該更加的謹(jǐn)慎。

圖5-不同技術(shù)分鐘橫向擴(kuò)散評(píng)估

聚類及注釋

通過對(duì)各種技術(shù)平臺(tái)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(duì)比，進(jìn)行了評(píng)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(xì)胞的分型中未能預(yù)期，這也跟之前的分子橫向擴(kuò)散結(jié)果相匹配。同時(shí)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(xì)胞類型檢出，這樣證明測序的數(shù)據(jù)量也會(huì)對(duì)后續(xù)的細(xì)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(tái)的marker及通訊分析差異

通過各個(gè)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(shí)驗(yàn)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(tái)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(xiàng)研究中，使用11種sST方法對(duì)目標(biāo)組織進(jìn)行了空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，生成了一個(gè)跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)集（稱為cadasSTre），旨在對(duì)基于測序的空間轉(zhuǎn)錄組（sST）方法進(jìn)行基準(zhǔn)測試，深入比較了這些方法的靈敏度、擴(kuò)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(xì)胞數(shù)據(jù)的比較提出了空間轉(zhuǎn)錄組并非僅有為單細(xì)胞數(shù)據(jù)添加空間維度信息一個(gè)屬性，更在特殊狀態(tài)細(xì)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(rèn)為雖然spot直徑是一個(gè)相對(duì)重要的指標(biāo)，但是相比于此，整體基因的捕獲，分析擴(kuò)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(tái)，這說明空間數(shù)據(jù)的差異，很有可能除了技術(shù)平臺(tái)的差異，很大程度上會(huì)受樣品類型以及實(shí)驗(yàn)差異的影響。提醒后續(xù)的研究者在前期的備樣及實(shí)驗(yàn)中應(yīng)更加的謹(jǐn)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(yàn)，可以確保前期實(shí)驗(yàn)對(duì)結(jié)果差異影響降到最低，同時(shí)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(shí)結(jié)合百創(chuàng)獨(dú)有的“三片合一”細(xì)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(xì)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?yàn)榭蒲泄ぷ髡咛峁└忧逦?、直觀的空間細(xì)胞級(jí)別圖像，幫助更好地理解和分析實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(shí)空?qǐng)D譜方向的文章，本期我們盤點(diǎn)了10篇經(jīng)典的時(shí)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(jìn)行冷凍切片，每間隔1片保留切片作為實(shí)驗(yàn)樣本，總計(jì)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(gè)細(xì)胞的空間信息與其基因表達(dá)譜相結(jié)合，系統(tǒng)描繪了胚胎形態(tài)、細(xì)胞類群、空間位置和轉(zhuǎn)錄組特征，準(zhǔn)確注釋了不同的細(xì)胞亞型，深度解析了重要胚外組織羊膜細(xì)胞發(fā)育過程和卵黃囊造血譜系特化，重點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了參與早期發(fā)育的不同信號(hào)通路采用不同的策略沿胚胎A-P軸建立差異激活的特點(diǎn)。這項(xiàng)研究不僅可以確定人類原腸胚形成過程的關(guān)鍵細(xì)胞和分子特征，還可以指導(dǎo)今后干細(xì)胞衍生的人類胚胎模型的生成。

圖1-CS8時(shí)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(xì)胞三維時(shí)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(shí)內(nèi)，每隔0.5至2小時(shí)收集一次胚胎；3個(gè)幼蟲期的每個(gè)早/晚時(shí)間點(diǎn)采集幼蟲樣本；蛹化后每隔12 h采集一次蛹樣。共計(jì)43個(gè)胚胎、9個(gè)幼蟲、5個(gè)蛹，收集7或8 μm厚度的矢狀面進(jìn)行空間轉(zhuǎn)錄組。

在本研究中，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了Flysta3D——一個(gè)全面的時(shí)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(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)和單細(xì)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(xì)概況的細(xì)胞狀態(tài)軌跡。以中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)和中腸為研究對(duì)象，從多組學(xué)角度分析了基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、細(xì)胞類型多樣性和形態(tài)變化的時(shí)空動(dòng)態(tài)。這個(gè)廣泛的圖譜提供了前所未有的豐富資源，并作為一個(gè)系統(tǒng)的平臺(tái)，以超高時(shí)空分辨率集成單細(xì)胞數(shù)據(jù)來研究果蠅的發(fā)育。

圖2-果蠅發(fā)育的單細(xì)胞時(shí)空多組學(xué)圖譜

案例三——小鼠大腦的空間分辨分子和細(xì)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(jìn)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(jìn)行snRNA-seq

在本研究中，研究團(tuán)隊(duì)使用snRNA-seq和空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，生成了包含308個(gè)細(xì)胞簇空間信息的小鼠腦圖譜，單細(xì)胞分辨率涉及600多萬個(gè)細(xì)胞以及29,655個(gè)基因。發(fā)現(xiàn)了新的星形膠質(zhì)細(xì)胞簇，并證明了不同的細(xì)胞簇表現(xiàn)出對(duì)皮層亞區(qū)的偏好。鑒定出155個(gè)基因在腦干中表現(xiàn)出區(qū)域特異性，513個(gè)長鏈非編碼RNA在成鼠大腦中表現(xiàn)出區(qū)域特異性。基于空間轉(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(gè)在發(fā)育過程中具有時(shí)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(shí)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(xì)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(jìn)行10x Visium空間轉(zhuǎn)錄組；雌性胚胎(E3)獲得了4個(gè)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(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合，提供了一個(gè)詳細(xì)的關(guān)于器官發(fā)育動(dòng)態(tài)本質(zhì)的分子注釋，空間細(xì)胞相互作用，胚胎軸，以及哺乳動(dòng)物發(fā)育背后的細(xì)胞命運(yùn)分化，這將為精確的器官工程和基于干細(xì)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(xì)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(gè)50 μm的大腦樣品切片進(jìn)行snRNA-seq+一張10 μm切片進(jìn)行空間轉(zhuǎn)錄組+兩張臨片切片進(jìn)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(jìn)行空間轉(zhuǎn)錄組闡明大腦皮層的細(xì)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(gè)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(xì)胞類型的綜合圖譜，并繪制了它們?cè)谡麄€(gè)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(xì)胞類型的皮質(zhì)層和區(qū)域偏好，以及細(xì)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(xì)胞類型的區(qū)域分布與區(qū)域等級(jí)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(jìn)一步揭示了靈長類特異性細(xì)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(dá)。該研究數(shù)據(jù)為理解靈長類動(dòng)物大腦的進(jìn)化、發(fā)育、衰老和發(fā)病機(jī)制提供了細(xì)胞和分子基礎(chǔ)。

圖5-獼猴皮層單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組圖譜

案例六——小鼠胚胎器官發(fā)生時(shí)的時(shí)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(gè)胚胎，15張10 μm切片，間隔30 μm；小鼠E9.0期胚胎：1個(gè)胚胎，26張10 μm切片，間隔20 μm；小鼠E9.5期胚胎：3個(gè)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(xiàng)研究的應(yīng)用，研究人員開發(fā)了sc3D——一個(gè)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(dá)模式。發(fā)育中的神經(jīng)管主胚軸的測量揭示了幾個(gè)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(gè)用于整個(gè)胚胎結(jié)構(gòu)和突變表型時(shí)空研究的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算框架。

圖6-利用Slide-seq進(jìn)行具有空間坐標(biāo)的全胚胎基因表達(dá)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(shí)、6小時(shí)、12小時(shí)、24小時(shí)、36小時(shí)、3天、7天，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)12~17張切片

在本研究中，研究人員首先繪制了具有強(qiáng)大再生能力地中海渦蟲六個(gè)不同再生時(shí)期的空間轉(zhuǎn)錄組和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜，并構(gòu)建了各類細(xì)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(xì)胞亞群的分化軌跡，鑒定到一類以osr2標(biāo)記的新多能細(xì)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(shí)，為了進(jìn)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(xì)胞特異性分布的基因表達(dá)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(gè)特征模塊。

圖7-地中海渦蟲四維時(shí)空轉(zhuǎn)錄組細(xì)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(xì)胞肺癌(NSCLC)腫瘤塊連續(xù)切下34個(gè)5 μm切片：分別進(jìn)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(gè)細(xì)胞的960個(gè)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(xì)胞鄰域?qū)⒛[瘤微環(huán)境細(xì)分為腫瘤、基質(zhì)和免疫多細(xì)胞生態(tài)位。有趣的是，偽時(shí)間分析表明，在基質(zhì)浸潤性腫瘤細(xì)胞中檢測到的促侵襲性上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化(EMT)已經(jīng)發(fā)生在腫瘤表面的一個(gè)區(qū)域。在那里，肌成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞特異性地與侵襲前腫瘤細(xì)胞共定位，它們的多細(xì)胞分子特征確定了生存時(shí)間較短的患者。與2D相比，3D鄰域通過識(shí)別樹突狀生態(tài)位，捕捉T細(xì)胞生態(tài)位的3D擴(kuò)展和促進(jìn)生態(tài)位特異性細(xì)胞-細(xì)胞相互作用的量化(包括可藥物免疫檢查點(diǎn))，改善了免疫生態(tài)位的表征。

圖8-單細(xì)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(gè)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(shí)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(shí)空細(xì)胞狀態(tài)動(dòng)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(jī)制。這些研究和發(fā)現(xiàn)提供了全面詳實(shí)的數(shù)據(jù)和信息資源，為深入和系統(tǒng)進(jìn)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(jì)19張切片文章構(gòu)建了單細(xì)胞時(shí)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(xì)胞異質(zhì)性，并選擇性地靶向一些表達(dá)模式具有空間異質(zhì)性且造成細(xì)胞類型差異的關(guān)鍵基因。心臟發(fā)育模型表明，空間、時(shí)間信息與單細(xì)胞基因表達(dá)數(shù)據(jù)的整合對(duì)于識(shí)別細(xì)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(gè)心臟發(fā)育階段的整體時(shí)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(xì)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(xì)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(jìn)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(duì)列（147例，其中56例AMis和91例iAM）和驗(yàn)證隊(duì)列（140例，驗(yàn)證所鑒定出的標(biāo)志物和臨床相關(guān)性）。

驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)：流式分選巨噬細(xì)胞（AM患者腫瘤組織和配對(duì)外周血，n=4）；健康供體外周血單核細(xì)胞和 LM-MEL-45腫瘤細(xì)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(xì)胞（n=4）；APOE⁺/CD163⁺巨噬細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞共培養(yǎng)體系（n=3）；LM-MEL-45腫瘤細(xì)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(xì)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(duì)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(gè)287例患者的隊(duì)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(duì)列（147例）和驗(yàn)證隊(duì)列（140例），測序隊(duì)列包括56個(gè)AMis患者和91個(gè)iAM患者。

對(duì)測序隊(duì)列進(jìn)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(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、空間轉(zhuǎn)錄組和CODEX空間蛋白組學(xué)，而驗(yàn)證隊(duì)列用于驗(yàn)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(duì)列的腫瘤突變負(fù)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(yàn)證了之前報(bào)道22q11.21擴(kuò)增與AM預(yù)后相關(guān)，說明了本研究隊(duì)列的高質(zhì)量，能夠?qū)M侵襲進(jìn)行深入分析。

圖1-研究策略和隊(duì)列信息

2.AMis和iAM的基因組比較確定了侵襲驅(qū)動(dòng)因素

為了確定AM垂直侵襲的驅(qū)動(dòng)機(jī)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(diǎn)突變、拷貝數(shù)變異、突變負(fù)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(huì)加速腫瘤的發(fā)生并有助于獲得侵襲驅(qū)動(dòng)突變。

值得注意的是，研究人員發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)突變（NRAS, KRAS, NF1, KIT）在iAM中顯著富集，并在體外實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了這些驅(qū)動(dòng)突變可以增強(qiáng)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(dòng)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(xì)胞外基質(zhì)(ECM)組織、EMT、KRAS、巨噬細(xì)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(dòng)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(dòng)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(kuò)張的進(jìn)化動(dòng)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(dòng)基因的患者中發(fā)現(xiàn)配對(duì)的Syn-AMis和Syn-iAM共有突變，但是在純AMis中沒有檢測到。這個(gè)結(jié)果表明在垂直侵襲之前就已經(jīng)獲得了侵襲驅(qū)動(dòng)突變，進(jìn)一步證實(shí)了它們?cè)贏M侵襲中的驅(qū)動(dòng)作用，這些結(jié)果也證實(shí)之前提到的基因組不穩(wěn)定性有助于AM侵襲。進(jìn)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(dòng)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(kuò)張的演化模式，通過腫瘤細(xì)胞分?jǐn)?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(kuò)張模式：（1）CE，克隆擴(kuò)張，即腫瘤細(xì)胞保持單一克隆結(jié)構(gòu)進(jìn)行均質(zhì)擴(kuò)張；（2）SD，亞克隆分化，即腫瘤細(xì)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(jìn)化動(dòng)力學(xué)

4.多組學(xué)分析確定AM三種分子亞型

為了進(jìn)一步了解AM分子亞型，本文利用bulk RNA-seq對(duì)81名患者進(jìn)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(gè)獨(dú)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(shí)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(xì)胞(TAM)和EMT，而通過這三種AM分子亞型來看腫瘤負(fù)荷與TAM評(píng)分是相互獨(dú)立的。相比之下，TAM評(píng)分與基因組不穩(wěn)定性相關(guān)，包括wGII和CNH-DNA評(píng)分以及亞克隆突變。此外, TAM評(píng)分與EMT評(píng)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(huì)促進(jìn)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(xì)胞亞群

為了在單細(xì)胞水平研究腫瘤和TME細(xì)胞異質(zhì)性，利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)對(duì)8個(gè)AMis?和16個(gè)iAM進(jìn)行檢測，一共獲得223023個(gè)細(xì)胞，聚類分為13個(gè)細(xì)胞群。并針對(duì)巨噬細(xì)胞進(jìn)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(xì)胞在C3亞型中顯著富集，且浸潤程度與腫瘤EMT分?jǐn)?shù)正相關(guān)。配體-受體分析表明，巨噬細(xì)胞表現(xiàn)出最豐富的細(xì)胞間相互作用。

圖5-單細(xì)胞分辨率AM腫瘤微環(huán)境動(dòng)態(tài)

6.空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析證實(shí)了APOE⁺/CD163⁺ TAM與EMT腫瘤細(xì)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(xì)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(gè)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(xì)胞，同時(shí)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(xì)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(xì)胞。CellChat分析顯示APOE⁺/CD163⁺ TAM作為信號(hào)發(fā)送者(配體)和接收著（受體）均表現(xiàn)出高活性，證實(shí)了其具有細(xì)胞與細(xì)胞強(qiáng)互作。與其他免疫細(xì)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(hào)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送細(xì)胞和接收細(xì)胞，這些結(jié)果揭示APOE⁺/CD163⁺ TAM和EMT腫瘤細(xì)胞在空間上的直接接觸和密切相互作用。

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

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

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

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

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

進(jìn)一步驗(yàn)證APOE⁺/CD163⁺?TAM和EMT腫瘤細(xì)胞在蛋白水平上的空間分布和相互作用，文中對(duì)12個(gè)AM樣本進(jìn)行了空間蛋白組檢測（22 plex CODEX）。其中C3患者以EMT腫瘤區(qū)域?yàn)橹?，非C3患者以非EMT腫瘤區(qū)域?yàn)橹?，結(jié)果表明APOE⁺/CD163⁺ TAM與EMT腫瘤細(xì)胞呈正相關(guān)。在C3患者中，IGF1和IGF1R的表達(dá)水平均顯著升高。APOE⁺/CD163⁺ TAM高度富集在EMT^high區(qū)域。同時(shí)IGF1和IGF1R在EMT^high區(qū)域也顯著升高。這些結(jié)果在單細(xì)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(jìn)腫瘤細(xì)胞的EMT。

圖8-空間蛋白組證實(shí)圖APOE⁺/CD163⁺巨噬細(xì)胞與EMT腫瘤細(xì)胞的空間互作

8.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證APOE⁺/CD163⁺ TAM通過IGF1-IGF1R相互作用促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的EMT

流式分選患者腫瘤組織和配對(duì)外周血APOE⁺/CD163⁺ TAM，蛋白水平可以檢測到APOE⁺/CD163⁺ TAM的表達(dá)，同時(shí)AM細(xì)胞可以誘導(dǎo)APOE⁺/CD163⁺ TAM表型。離體分析證實(shí)C3患者的EMT腫瘤細(xì)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(jìn)腫瘤細(xì)胞的EMT。研究人員還在兩個(gè)獨(dú)立隊(duì)列中驗(yàn)證了APOE和CD163染色可用于預(yù)測AM的預(yù)后。

圖9-實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證APOE⁺/CD163⁺巨噬細(xì)胞與腫瘤細(xì)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(xì)胞-免疫細(xì)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(dòng)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(xiàn)：

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(xì)胞分辨率空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)（S1000、S2000、S3000），開創(chuàng)原片無錯(cuò)高清H&E+原片無錯(cuò)熒光+原片測序，“三片合一”實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的細(xì)胞分割，將空間轉(zhuǎn)錄組推進(jìn)到真實(shí)單細(xì)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(jí)，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(gè)捕獲位點(diǎn)，相鄰兩個(gè)捕獲位點(diǎn)的中心距為3.5μm。

相較于現(xiàn)在廣受市場認(rèn)可與好評(píng)的百創(chuàng)S1000轉(zhuǎn)錄組芯片，捕獲位點(diǎn)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(xì)胞級(jí)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(tuán)隊(duì)和葉文秀團(tuán)隊(duì)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(xì)胞類型和復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制，以適應(yīng)自然界不斷變化的環(huán)境。為了研究細(xì)胞類型及其發(fā)育過程，已經(jīng)采用了包括單細(xì)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(xì)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(xì)胞層面的復(fù)雜生物關(guān)系。然而，由于植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的特性所帶來的挑戰(zhàn)，單細(xì)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(xì)胞組學(xué)技術(shù)的最新進(jìn)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(xì)胞組學(xué)所面臨的挑戰(zhàn)。

KEYWORDS

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

單細(xì)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(xì)介紹了植物單細(xì)胞分離技術(shù)，包括微吸（Micro-pipetting）、光鑷（Optical tweezers）、微流控（Microfluidics）、單細(xì)胞微孔板（microwell）、分裂池（split-pool）、激光捕獲顯微切割（LCM）、流式細(xì)胞熒光分選技術(shù)（FACS）。特別強(qiáng)調(diào)了單細(xì)胞微流控分離技術(shù)在獲取高通量異質(zhì)性細(xì)胞類群方面的應(yīng)用。此外，也對(duì)原生質(zhì)體測序和單細(xì)胞核測序在植物中的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)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(duì)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(xì)胞基因表達(dá)等信息。相比之下，細(xì)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(shí)捕獲基因表達(dá)信息，但捕獲基因數(shù)相對(duì)較低，且無法獲取細(xì)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(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序、單細(xì)胞表觀組、單細(xì)胞蛋白質(zhì)組、單細(xì)胞代謝組和空間轉(zhuǎn)錄組等技術(shù)在植物基因表達(dá)、細(xì)胞命運(yùn)決定和發(fā)育進(jìn)程研究中的應(yīng)用實(shí)例。

圖1-植物多組學(xué)研究流程圖，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序、單細(xì)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(xì)胞或組織基因表達(dá)及代謝信息的應(yīng)用。

單細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞技術(shù)與多組學(xué)技術(shù)的融合為植物細(xì)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(shí)，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(xì)胞邊界識(shí)別以及含水量高的薄壁細(xì)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(qiáng)調(diào)了這些先進(jìn)技術(shù)對(duì)于深化我們對(duì)植物發(fā)育、生長和應(yīng)激適應(yīng)機(jī)制的理解，以及推動(dòng)植物研究和農(nóng)業(yè)進(jìn)步的重要作用。單細(xì)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(jī)遇和突破。

圖2-單細(xì)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(xì)胞水平基因表達(dá)、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(tuán)隊(duì)和葉文秀團(tuán)隊(duì)深入探討了單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)在植物研究中的應(yīng)用。隨著單細(xì)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(xì)胞組織中單個(gè)細(xì)胞或一類細(xì)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(jī)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(jià)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(xì)胞類型的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)。通過分析細(xì)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(xì)胞亞型、確定細(xì)胞譜系關(guān)系以及識(shí)別整個(gè)組織和器官內(nèi)的細(xì)胞演變過程【2】。

參考文獻(xiàn)：

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