Cell出版社官網(wǎng)專題頁(yè)面截圖

Stereo-seq技術(shù)能同時(shí)“拍到”組織里每個(gè)細(xì)胞的基因信息和空間位置，其使用的芯片是研究人員基于華大智造的DNBSEQ測(cè)序技術(shù)研制的具有空間位置信息的、陣列式排布的DNA納米球空間捕獲芯片。該芯片可以實(shí)現(xiàn)超高精度和超大視野的生命分子成像，其分辨率可達(dá)500納米（單個(gè)細(xì)胞可被400個(gè)像素點(diǎn)捕獲），實(shí)現(xiàn)亞細(xì)胞定位。同時(shí)，該技術(shù)還可以達(dá)到最大13厘米 x 13厘米的超大視野，實(shí)現(xiàn)器官和生命全景分子細(xì)胞圖譜的繪制。

為推動(dòng)時(shí)空組學(xué)在生命科學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，華大研究院等機(jī)構(gòu)發(fā)起了時(shí)空組學(xué)聯(lián)盟，這是一個(gè)國(guó)際化科學(xué)聯(lián)盟，由來(lái)自哈佛大學(xué)、劍橋大學(xué)、牛津大學(xué)等16個(gè)國(guó)家的80多位科學(xué)家組成。本次專題成果是由華大研究院聯(lián)合時(shí)空組學(xué)聯(lián)盟單位主導(dǎo)的、時(shí)空組學(xué)聯(lián)盟產(chǎn)出的第一批重磅成果，包括1篇《細(xì)胞》（Cell）文章，3篇《發(fā)育細(xì)胞》（Developmental Cell）及4篇預(yù)印文章。

人體擁有37萬(wàn)億細(xì)胞，是銀河系中恒星數(shù)量的100倍。然而，過(guò)去我們對(duì)于這些細(xì)胞如何組成一個(gè)復(fù)雜的生命體卻了解甚微。

研究者們利用這臺(tái)“超廣角百億像素生命照相機(jī)”，在小鼠胚胎器官形成的第9.5-16.5天，每天“拍攝”多張“照片”，得到8個(gè)時(shí)期的53張“照片”形成了一個(gè)胚胎發(fā)育的時(shí)空?qǐng)D譜，就像一張生命全景地圖，記錄了小鼠胚胎內(nèi)器官發(fā)育和形成的細(xì)胞演變過(guò)程。構(gòu)建出了世界上首個(gè)系統(tǒng)清晰的小鼠器官跨時(shí)期空間基因表達(dá)圖譜集。這也是首次在單細(xì)胞分辨率水平上解析空間基因表達(dá)譜，為哺乳動(dòng)物發(fā)育研究提供重要的數(shù)據(jù)參考，推動(dòng)我們更好地認(rèn)識(shí)胚胎的成長(zhǎng)和器官發(fā)生，也為出生缺陷相關(guān)研究提供指導(dǎo)。

Robinow綜合征是一種典型的出生缺陷，臨床表現(xiàn)為面部和肢體發(fā)育異常（如唇腭裂），臨床上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與之相關(guān)的基因，但此基因如何導(dǎo)致這些異常卻不得而知。研究人員在小鼠胚胎發(fā)育的過(guò)程中，對(duì)相關(guān)基因進(jìn)行了定位，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在小鼠的嘴唇、上顎和腳趾均存在該基因的特異性高表達(dá)，說(shuō)明這個(gè)基因在小鼠的唇腭和腳趾發(fā)育的過(guò)程中非常重要，這很好地解釋了為什么臨床上觀察到的很多Robinow綜合征患者出現(xiàn)唇腭裂、肢體短小等表現(xiàn)。

除了小鼠，科研人員還對(duì)斑馬魚、果蠅等模式生物的發(fā)育過(guò)程進(jìn)行了研究，構(gòu)建了斑馬魚和果蠅胚胎發(fā)育的時(shí)空?qǐng)D譜，為胚胎發(fā)育過(guò)程中的模式形成及相關(guān)分子機(jī)理研究提供重要的數(shù)據(jù)參考，也為進(jìn)化過(guò)程中胚胎演化的研究提供了可能。

為攻克長(zhǎng)期以來(lái)研究人員無(wú)法對(duì)植物葉片中高度相似細(xì)胞類型的分子特征進(jìn)行有效解析的難題，研究人員還基于Stereo-seq技術(shù)成功開發(fā)出適用于植物的單細(xì)胞空間組技術(shù)，并將此技術(shù)應(yīng)用于植物葉片細(xì)胞的空間組學(xué)研究。該技術(shù)將會(huì)應(yīng)用于植物基礎(chǔ)科學(xué)研究和作物育種研究中，如在水稻、小麥和玉米等作物的種子發(fā)育和抗旱、耐高溫和耐鹽等機(jī)制解析中進(jìn)行優(yōu)勢(shì)關(guān)鍵基因的挖掘，為高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆作物品系的培育貢獻(xiàn)力量。

除此之外，專題網(wǎng)頁(yè)還展示了4篇BioRxiv預(yù)印成果，包括猴腦時(shí)空組圖譜、蠑螈腦再生時(shí)空?qǐng)D譜、腫瘤發(fā)生過(guò)程時(shí)空組圖譜等，為腦科學(xué)研究和腫瘤研究提供了強(qiáng)有力的工具。

“生命科學(xué)的進(jìn)步有賴于技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)我們還將進(jìn)一步研發(fā)適用于臨床樣本的時(shí)空技術(shù)及時(shí)空多組學(xué)技術(shù)，我們相信該技術(shù)將為生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究帶來(lái)重要推動(dòng)作用?！毕盗姓撐牡牧硪晃还餐ㄓ嵶髡摺⑸钲谌A大生命科學(xué)研究院院長(zhǎng)徐訊表示，“生命時(shí)空?qǐng)D譜的繪制離不開以大科學(xué)工程為組織方式的全球科學(xué)家的攜手合作，通過(guò)時(shí)空組學(xué)聯(lián)盟，我們未來(lái)將和各領(lǐng)域科學(xué)家共同努力，推動(dòng)器官圖譜、疾病病理、個(gè)體發(fā)育和生命演化等方向的全面發(fā)展?！?/span>