第一个全景空间地图册生命的释放

国际科学家以中国为首的BGI-Research今天发表的最先进的全景空间生命的地图册,研究生物体的细胞动力学在不同的发展阶段,为疾病治疗提供潜在的重要的新信息,发展和衰老,改善对生物进化的理解。

在一系列的研究在细胞出版社出版期刊,获得STOC成员使用空间解决Stereo-seq转录组技术,由BGI-Research开发,生产时空移动地图的老鼠,小果蝇(果蝇),斑马鱼和拟南芥工厂。论文证明Stereo-seq取得了重大突破在空间分辨率和全景视野,使分析的分子和细胞的分布和位置在原地,随着时间的推移,。

这篇论文,时空的转录组图谱的老鼠器官发生使用DNA nanoball-patterned数组,发表在细胞。其他三个研究果蝇、斑马鱼和拟南芥发表在细胞发育。识别特定的细胞在一个组织的特点对理解细胞具有显著的应用原因或疾病的指标,可能导致未来收益在人类疾病的研究。

“过去,花了数以千计甚至数以万计的实验来完成一个时空的地图。现在,随着Stereo-seq由我们的科学家开发的,它可以迅速和全面实现。这是一个里程碑式的突破,生命科学technogy进步,”陈Ao博士说,他领导的发展BGI-Research Stereo-seq技术,鼠标时空atlas论文的第一作者。

超过80来自16个国家的科学家,包括科学家从哈佛大学、牛津大学、麻省理工学院、剑桥大学,卡罗林斯卡医学院,西澳大利亚大学,新加坡的基因组研究所和BGI,迄今为止合作作为获得STOC的一部分,一个开放的科学合作联盟专注于使用空间解决,解决细胞组学技术映射和理解生活。

空间转录组技术是一种新兴技术,解决了之前的问题确定生物组织内的单个细胞的特征。它建立在单细胞测序成果,提升到下一个层次通过使科学家跟踪细胞的精确位置,以及它如何与它的邻居。

为了达到这个目标,BGI的测序DNA nanoball专利技术,放大DNA小片段为更大的样本,是与它相结合原位RNA捕捉技术来创建Stereo-seq(空间增强分辨率Omics-sequencing),能够实现一个亚细胞的分辨率为500纳米(相当于0.0000005米)加上一个全景厘米级的视野。

“单细胞分析方法的发展在过去二十年已经产生了显著影响我们理解细胞的能力有所不同。最近,它开始有可能把这种分析与细胞在组织或瀑样组织切片,“钦定讲座教授帕特里克·麦克斯韦说物理、剑桥大学临床医学学院的鼠标时空绘图纸。“在我看来,这篇论文需要提高到一个新的水平通过结合大量的视野大小,使可以分析一个组织的规模发展中老鼠胚胎,连同一个高分辨率很深的转录组阅读深度。”

“这使我们和用户的数据,这将是免费的,真正开始了解一些非常有趣的关于哺乳动物的发展是如何工作的,以及如何组织组织。将给我们洞察发展过程,正常组织功能,疾病,”他补充道。

如果我们比较细胞的研究生态系统的研究,以前的技术使科学家了解地球上的动物或植物。Stereo-seq,科学家可以了解哪个国家,哪个地区,栖息地,属于社区所有的动物或植物。与此同时,科学家们也能理解每一种动物都做什么,他们的过去,家族史、交互与其他群,以及它们如何可能会扩散和发展。

科学家们利用Stereo-seq检查小鼠的早期胚胎发育,特别是从9.5到16.5天胚胎发育期间发生速度快。Stereo-seq生成鼠标器官发生时空的转录组图集(MOSTA),地图和单细胞分辨率和高灵敏度的动力学和方向性转录在老鼠器官发生变化。

“Stereo-seq转型突破空间转录组技术和最强大的生命科学技术在这一领域的今天,“刘博士说Longqi BGI-Research,相应的论文的作者之一。“我们现在有一个技术映射生物体内的每一个细胞都的全景图,根据他们的单个生物分子的概要文件,在空间和时间。我们演示了其鲁棒性,并成功地映射两种动物和植物分子生理学前所未有规模和决议。”

科学家们首次能够产生一系列的高清地图的精确位置大约300000个细胞的胚胎16.5天。BGI-Research使用这些信息来产生一个全景地图的鼠标和洞察细胞变异的分子基础和分化发展中大脑的组织,包括背中脑。

“我们Stereo-seq技术的成功应用发展,严重影响了人类疾病基因研究的未来,“共同通讯作者许博士说,BGI-Research主任。“证明这项技术可以精确定位特定细胞表明未来对诊断和治疗的疾病将至关重要的条件。”

例如,Robinow综合症是一种常见的出生缺陷。临床相关基因被发现,但是这个基因如何导致缺陷包括唇裂和口感,和肢体呼吸急促,是未知的。研究人员绘制了兔唇和palate-related基因在小鼠胚胎发育的过程中,发现该基因出现在嘴唇和脚趾的鼠标,显示高表达。这证明了基因是非常重要的发展的嘴唇和脚趾在老鼠身上。如果这个基因突变,嘴唇和脚趾的发展将会异常。这些知识可能会帮助研究人员研究Robinow综合症在人类出生缺陷。

BGI-led团队进行类似的斑马鱼胚胎研究妊娠期只有24小时,并产生一个三维模型的细胞小果蝇的地图果蝇。胚胎发育的时空转录组图集果蝇、斑马鱼和小鼠胚胎研究打开了新的大门在胚胎发育模式和相关的分子机制,为进一步研究提供重要的数据参考和解开胚胎进化的一个基准。

通过应用Stereo-seq叶细胞的研究拟南芥植物,研究人员能够克服长期困难的研究人员进行空间解决单细胞组学研究叶子和其他植物组织。BGI-Research能够证明Stereo-seq技术可以应用在植物科学研究和作物育种研究。一些关键的应用包括理解关键基因参与种子发展机制背后的抗旱性、抗热性背后的机制,和机制背后盐宽容,从大米,小麦,玉米主要农作物。这可能有助于培养高质量、压力对许多作物品种重要全球可持续发展计划。

研究获得所有必要的伦理批准才能进行。

参考:陈,廖年代,尹浩然,程。时空转录组图谱的鼠标使用DNA nanoball器官形成有图案的数组。细胞。2021 doi:10.1101 / 2021.01.17.427004

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