近日，鄭州大學(xué)華大基因?qū)W院在全景時空圖譜方面取得突破性進展，學(xué)院碩士研究生導(dǎo)師劉龍奇課題組與多國科研團隊合作在國際著名學(xué)術(shù)期刊Cell上發(fā)表了題為Spatiotemporal transcriptomic atlas of mouse organogenesis using DNA nanoball-patterned arrays的學(xué)術(shù)論文，鄭州大學(xué)華大基因?qū)W院和河南省醫(yī)藥科學(xué)研究院為共通訊作者單位，學(xué)院姜宇佳、鄭惠文和楊蘊智三名碩士研究生為共同作者。該研究基于DNA納米球(DNB)模式陣列的全基因組技術(shù)Stereo-seq（SpaTial Enhanced REsolution Omics-sequencing）的開發(fā)，結(jié)合單細胞分辨率、高靈敏度和大視野，創(chuàng)建了小鼠器官發(fā)生時空轉(zhuǎn)錄圖譜(MOSTA)，全面地描繪了發(fā)育中小鼠胚胎的時空轉(zhuǎn)錄動態(tài)。該研究首次在單細胞分辨率水平上解析空間基因表達譜，為哺乳動物發(fā)育研究提供重要的數(shù)據(jù)參考，推動我們更好地認識胚胎的成長和器官發(fā)生，也為出生缺陷相關(guān)研究提供指導(dǎo)。

研究團隊結(jié)合DNA納米球（DNB）模式陣列和原位RNA捕獲技術(shù)，建立了Stereo-seq技術(shù)，利用該技術(shù)對C57BL/6小鼠胚胎發(fā)育第9.5天（E9.5）至第16.5天（E16.5）產(chǎn)出了共53張矢狀切面的轉(zhuǎn)錄組圖譜，并進一步描述了小鼠胚胎發(fā)育中晚期的器官發(fā)育基因的空間表達模式以及器官發(fā)育的軌跡，構(gòu)建了小鼠器官發(fā)生時空轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫；基于核酸染色影像進行細胞邊界識別，獲取了E16.5小鼠全胚胎具有空間位置的單細胞時空轉(zhuǎn)錄組信息，描述了前腦的抑制性神經(jīng)元從內(nèi)側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起至皮層的遷移軌跡；在E12.5、E14.5以及E16.5小鼠的背側(cè)中腦描述了中腦發(fā)育過程中的細胞分布異質(zhì)性，并在中腦的腦室區(qū)發(fā)現(xiàn)中腦區(qū)域放射狀膠質(zhì)細胞向神經(jīng)細胞祖細胞或膠質(zhì)細胞祖細胞兩個分支的分化軌跡以及在中腦發(fā)育過程中的時間分布異質(zhì)性，并找到了決定放射狀膠質(zhì)細胞分別向兩個分支發(fā)育的關(guān)鍵微環(huán)境因子和調(diào)控因子；

利用Stereo-seq構(gòu)建的小鼠中晚期的胚胎時空轉(zhuǎn)錄組圖譜，描述了人類發(fā)育缺陷相關(guān)1,959個基因在小鼠胚胎中表達模式，并在單細胞精度下研究了由WNT5A基因突變導(dǎo)致的羅賓諾綜合征（Robinow Syndrome）在小鼠上顎和肢體中累及的細胞類型，證明了應(yīng)用MOSTA解析發(fā)育過程中疾病相關(guān)基因表達的時空窗口和潛在累及細胞和器官方面的潛力。

劉龍奇表示，時空組學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，實現(xiàn)了生命在時間和空間維度上細胞‘地圖’的全面繪制，讓我們可以在細胞甚至亞細胞分辨率下，觀察到正常狀態(tài)和疾病狀態(tài)下分子和細胞的分布及細胞之間的互作情況，真正實現(xiàn)了從高精度結(jié)構(gòu)的角度去理解功能，這將大大推動我們對于生命復(fù)雜性和人類疾病的全面認知。

文章鏈接：Spatiotemporal transcriptomic atlas of mouse organogenesis using DNA nanoball-patterned arrays: Cell