2018年新技術：空間轉錄組學技術

　　——也許不久的將來，定位組織中的基因表達就會成為一種常規技術了。

　　對于基因表達研究來說，空間一直都是具有挑戰性的前沿研究領域。但是隨著越來越多的研究人員獲得了技術進展，這已經不再是令人望而生畏的領域了。這些方法的多樣性和創造性使其成為一個值得關注的技術方向。

　　空間基因表達對于理解組織中細胞的身份和功能至關重要。模式生物表達圖譜，艾倫腦科學研究所的小鼠和人類大腦圖集的備受歡迎也證明了空間基因表達的作用。然而，現有的圖譜主要是通過報告基因或原位雜交這些低通量方法創建的，這些方法令構建參考文獻非常費力，也限制了多樣本評估。

　　近期的一些新工具為空間研究提供了更大的靈活性和更高的通量，比如高級多重熒光原位雜交（highly multiplexed fluorescence in situ hybridization），成像切片或三維組織的原位測序（in situ sequencing），以及將基因表達投影到現有空間信息上的運算方法，這些都帶來了與眾不同的解決方案。

　　而且技術創新不斷出現，目前許多方法正在被優化，每種方法在簡易性，速度，空間分辨率，定量準確性和基因數量等方面具有優勢或者弱勢。最近美國國立衛生研究院的人類生物分子圖集計劃（Human BioMolecular Atlas Program）也在這方面做出了不少技術貢獻，他們已經將空間繪圖（spatial mapping）作為了一個新目標。

　　如何將基因表達數據整合到一個空間坐標系中，以及如何可視化和比較這些數據集，這對于生物信息學家們來說都很困難。迄今為止，這些問題的數據還很少。未來更多的數據生成和分析方面的改進將能令空間轉錄組學應用到更多的領域，并給生物學帶來變革。

　　空間轉錄組測序新技術

　　今年2月，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。

　　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。

　　可視化觀察組織中的基因表達

　　去年，瑞典團隊合作開發出一種新的方法，能夠分析所有RNA分子的數量，并且利用顯微鏡提供它們的空間信息。

　　研究人員表示，將組織切片放在載玻片上，將DNA鏈與內置的標簽連接在一起，就能夠對活性基因產生的RNA分子進行標記。當他們分析組織樣品中的RNA分子時，這些標簽就會指向這些RNA分子存在于組織切片中哪些地方，同時他們也能夠獲得哪些地方不同的基因是有活性的高分辨率信息。

　　利用這個方法，他們分析腫瘤樣品，并證明這種方法不僅能提供關于癌癥診斷中的疾病異質性的信息，而且也能夠用于所有類型的組織和疾病中。