重磅研究!时空组学技术最新成果！

精准医学研究新技术

正文：

       单细胞转录组测序技术的广泛应用使人们能够深入了解组织中细胞的构成的多样性和基因表达状态；通过对不同时间点的样本取材能够解析时间维度上的变化情况。但基因的表达具有时间和空间的异质性，单细胞转录组测序前必须通过酶消化或者机械分离承担细胞悬液，失去原始位置信息的同时通讯网络被打破，而空间转录组技术就可以很好地解决这一问题。

       “空间转录组测序技术”对转录表达进行定量地同时记录下空间坐标技术，叠加取样时间点以提供时间和空间的两重信息，也被称作“时空组”技术。根据测序通量可以分为两类：

            1. 低通量时空组技术 微解剖基因表达技术、原位杂交技术和原位测序技术

            2. 高通量时空组技术（基于空间条形码） Nanostring、10x Visium、Slide-seq V2、Stereo-seq、Seq-scope、sci-Space。

       Nature Methods在2020年将“空间全转录组测序技术”评为年度技术方法， 2022年05月04日，Cell官网以时空组学联盟（STOC）专题的形式发布了全球首批生命时空图谱，首次从时间和空间维度上对生命发育过程中的基因和细胞变化过程进行超高精度解析，为认知器官结构、生命发育、人类疾病和物种演化提供全新方向。这四篇文章用到的“时空组学Stereo-seq技术”属于前边提到的高通量时空组技术的一种，其技术原理如下：

       首先将含有随机条形码序列的DNB沉积到经光刻蚀刻的经修饰的芯片上；对阵列进行显微照相用引物孵育并测序，以获得包含每个蚀刻DNB的坐标编码（CID）的数据矩阵；通过与CID杂交在每个点上连接分子编码（MID）和含有寡核苷酸的polyT序列；将新鲜组织的冷冻切片加载到芯片表面进行固定、透化、逆转录和扩增实现组织polyA尾RNA捕获；收集扩增后的cDNA作为制备文库的模板，与CID一起进行测序；数据分析，标准1*1cm芯片上包含4亿个DNB。这里用到的Stereo-seq时空芯片（Stereo Chip）是用于mRNA定位的芯片，由布满了数十亿规则阵列排布的单链线球状DNA纳米球（DNA NanoBall，DNB，以单链环状DNA为模板经过滚环扩增后的得到的产物）组成。

       刊登在Cell主刊上的这篇Spatiotemporal transcriptomic atlas of mouse organogenesis using DNA nanoball-patterned arrays（小鼠器官发生的时空转录图谱）。

       应用 Stereo-seq 技术，对 C57BL/6 小鼠胚胎发育第 9.5 天（E9.5）至第 16.5 天（E16.5）产出了共 53 张矢状切面的转录组图谱，其中包括来自同一个 E16.5 胚胎的 13 张连续切片。利用 Stereo-seq 构建的小鼠中晚期的胚胎时空转录组图谱，描述了人类发育缺陷相关的 1,959 个基因在小鼠胚胎中的表达模式，并在单细胞精度下研究了由 WNT5A 基因突变导致的罗宾诺综合征（Robinow Syndrome）在小鼠上颚和肢体中累及的细胞类型，证明了应用 MOSTA 解析发育过程中疾病相关基因表达的时空窗口和潜在累及细胞及器官方面的潜力。

       这项技术相比于其他的基于空间条形码的高通量测序技术有分辨率高，220nm的分辨率定位，可实现对单个细胞及分子信息进行空间定位和检测；全景检测，检测组织大小可以扩展到13cm*13cm根据样本定制；物种不设限，可以对人、动物、植物进行检测；操作流程简单，8h即可完成从组织切片转化到待测序的文库；智能分析系统，实现高通量大数据的多维分析和空间展示。

       Stereomics®技术打破了原有技术的限制，实现对组织中细胞的时间空间定位，将生命科学的研究带入到更深层次，应用于发育、脑神经、肿瘤、免疫等多个方面。

（四篇原文信息如下）

1. Spatiotemporal transcriptomic atlas of mouse organogenesis using DNA nanoball-patterned arrays.  Cell. https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00399-3.

2. Spatiotemporal mapping of gene expression landscapes and developmental trajectories during zebrafish embryogenesis.  Developmental Cell. https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(22)00249-0.

3. High-resolution 3D spatiotemporal transcriptomic maps of developing Drosophila embryos and larvae. Developmental Cell. https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(22)00246-5.

4. The single-cell stereo-seq reveals region-specific cell subtypes and transcriptome profiling in Arabidopsis leaves. Developmental Cell. https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(22)00251-9.