中科院學者NatureProtocols：空間轉錄組測序新技術

　　在真核細胞中，轉錄組的空間組織已經成為調節RNA轉錄后命運的一種有力手段，但是一般研究采用的是原位雜交或者原位的熒光染色，這項技術操作困難且通量低。近期來自中科院生物化學與細胞生物學研究所細胞生物學國家重點實驗室等處的研究人員作建立了一種可以獲得具有空間位置信息的少量細胞轉錄組圖譜的技術方法：Geo-seq，這種方法不僅能解析少量細胞轉錄組信息，而且還能保留細胞原有位置信息。

　　這一研究成果公布在2月16日的Nature Protocols雜志上，Nature Protocols雜志雖然影響因子不是特別高，但是作為描述詳細的實驗步驟及注意事項的技術手冊，近年來越來越受到廣泛的關注。

　　文章的通訊作者分別為細胞生物學國家重點實驗室景乃禾研究員與彭廣敦副研究員，第一作者為陳軍博士。去年景乃禾研究員與中科院-馬普學會計算生物學伙伴研究所韓敬東研究組合作，結合了激光顯微切割以及單細胞測序等先進技術，繪制了小鼠早期發育原腸運動中期精細的胚胎三維分子圖譜，并揭示了小鼠細胞譜系藍圖建立過程中的空間轉錄組特征、轉錄因子和信號通路調控網絡。

　　無論是體內組織還是體外細胞系，不同細胞之間都存在著差異性，即細胞的異質性。細胞的異質性對解釋腫瘤的發生、干細胞或前體細胞的多能性與譜系分化、干細胞與微環境的相互作用等具有重要的意義。近些年，單細胞測序技術迅速發展，使得研究細胞之間的異質性成為可能。然而，目前單細胞測序的方法均會丟失細胞在體內原有的位置信息，而對某些研究領域如發育生物學、腫瘤生物學而言，細胞來源的位置信息是十分關鍵的。

　　在最新這項研究中，研究人員通過整合與優化單細胞測序和激光顯微切割技術，構建了一種能夠獲得、同時保留細胞原有位置信息的測序方法：Geo-seq。Geo-seq是一種高效、高分辨率的空間轉錄組分析方案，既可用于轉錄圖譜的三維重建，也可以用于研究具有特殊結構的少量組織或細胞的轉錄組信息。

　　利用Geo-seq技術，這一課題組繪制了小鼠早期胚胎原腸運動中期精細的三維分子圖譜，并揭示了小鼠細胞譜系藍圖建立過程中的空間轉錄組特征、轉錄因子和信號通路調控網絡，這也就是上文提到的內容。研究人員由此構建了整個原腸運動中期高質量的全胚胎基因表達三維分子圖譜，使得小鼠這一時期兩萬多個基因的表達能夠以電子原位雜交的形式得到完全的呈現。更重要的是，該項工作還鑒定了一組能夠代表E7.0時期發育狀態和特異空間結構域的標志基因，這些基因具有類似“郵政編碼”（zip code）的標記功能，可以將外源的多能干細胞或者胚胎組織細胞“投遞”到體內胚胎的特定位置，從而將未知來源的干細胞定位于體內胚胎的相應部位。

　　此外，目前Geo-seq技術也已成功應用于小鼠大腦發育、肝臟腫瘤學以及人的精子發育等研究中。

　　除了真核生物，去年莊小威研究組也曾通過超高分辨率顯微鏡來影像大腸桿菌轉錄組，并觀察到了RNA的全基因組空間組織。他們開發出一種方法，可影像細菌中大量已定義的mRNAs。

　　研究人員發現細菌產生的所有mRNA中，有相當一部分將自己定位在細胞內的特定位置。例如，一些停留在細胞內膜的蛋白質的編碼mRNAs，也較多地存在于這層膜上。這種定位也在這些mRNAs的生命中起著重要的作用，因為它們比在細胞其他位置更快的被降解。這種增強的降解率，部分原因是因為分解mRNA分子的酶，也存在于膜上。