今天，細胞出版社以專題形式釋出了
全球首批生命全景時空圖譜
。4篇論文不僅展現出動植物器官形成過程中，細胞的動態演化，還將加深我們對生命演化的認識、有望為遺傳疾病開發全新療法。
其中，介紹小鼠胚胎髮育時空圖譜的論文刊登於《細胞》雜誌，另外3篇分別展示果蠅、斑馬魚和擬南芥時空圖譜的論文發表於《細胞》子刊《發育細胞》。
完成這一系列研究的，是由深圳華大生命科學研究院聯合全球多家研究機構組成的
時空組學聯盟（STOC）
。研究團隊的目標是
繪製不同動植物物種在發育過程中的時空圖譜。
時空圖譜反映了細胞在生物體內的時間與空間演化，可以幫助研究人員識別組織內特定細胞的特徵，對於理解疾病的形成、篩查疾病有著重要意義。但是，時空圖譜的繪製往往需要成千上萬次實驗。
在這一系列最新研究中，時空組學聯盟使用的是
一項全新的時空組學技術：Stereo-seq。
藉助Stereo-seq技術，科學家可以追溯細胞的精確位置、看清它如何與相鄰的細胞相互影響。僅需1次定位，就可以完成傳統手段需要上萬次嘗試才能獲取的時空圖譜。
Stereo-seq是如何實現這一巨大飛躍的？其技術核心在於
DNA奈米球陣列與原位DNA捕捉技術的結合
：前者可將小的DNA片段擴增；後者則確保了在活體生物中實現實時成像。由此，Stereo-seq的解析度可達500奈米，視野也可以達到13×13釐米，
超高的解析度和超大視野使得科學家能研究較大的組織上單細胞尺度的變化。
▲Stereo-seq可以讓科學家獲取高解析度的轉錄組學資訊
（圖片來源：參考資料［1］）
“這項研究使得單細胞測序進入全新的階段，科學家可以在正在發育的小鼠胚胎中，以極高的解析度和測序深度分析組織，”《細胞》論文共同作者，劍橋大學臨床醫學院院長Patrick Maxwell教授表示，“該技術還將加深我們對哺乳動物發育、組織形成等問題的理解，讓我們深入認識發育過程、正常的組織功能與疾病機制。”
在其中一篇《細胞》論文中，研究團隊使用Stereo-seq
檢驗了小鼠第9。5-16。5天之間的早期胚胎髮育過程。
在此期間，胚胎正在快速發育，細胞數量從數十萬增長至數千萬。利用Stereo-seq，研究團隊在8天中共獲得53張胚胎髮育的“照片”，它們共同組成了小鼠器官形成的時空圖譜，
以單細胞解析度和高靈敏度描繪了小鼠器官發育、形成過程的過程。
▲Stereo-seq以單細胞解析度剖析了成年小鼠大腦結構
（圖片來源：參考資料［1］）
這張小鼠的時空圖譜展示了30萬個細胞的精確位置。由此形成的全景圖譜可以讓科學家深入理解細胞差異的分子基礎、大腦組織發育的差異，並且幫助揭示遺傳疾病的發病機制。
例如，
Robinow綜合徵
是一種典型的出生缺陷，患兒會出現唇顎裂、肢體短小等症狀。此前的研究已經發現了與這種疾病相關的基因，但這個基因如何導致症狀卻是未知數。研究團隊在小鼠胚胎髮育過程中對該基因進行定位，發現其
在小鼠的嘴唇和腳趾中高度表達。
因此，如果該基因出現突變，那麼唇顎和肢體發育就可能出現異常。
▲研究揭示了小鼠器官形成的時空圖譜
（圖片來源：參考資料［1］）
在其他兩篇論文中，研究團隊同樣構建了斑馬魚和果蠅的胚胎髮育時空圖譜。這些進展
為研究胚胎髮育模式與相關分子的機制開啟了新的手段，也為揭示胚胎演化奠定了基礎。
在最後一篇論文中，研究團隊透過對擬南芥的研究，解決了一個長期的難題：對植物葉片和其他組織進行單細胞解析度的空間組學研究。他們證實，該技術能應用於植物學和作物育種的研究，
幫助揭開抗旱、耐高溫、耐鹽作物背後的基因機制。
作為生命全景時空圖譜的開端，這4篇論文共同展現了這一技術廣闊的應用前景。值得一提的是，專題頁面還展示了4篇預印本論文，其中就包括一張腫瘤發生過程時空圖譜。我們期待，這項新技術將我們對生命演化與疾病機制的理解，推向全新的階段。
參考資料：
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［5］ BGI-led international team releases first panoramic atlases of life in cell。 Retrieved May 4th， 2022 from
https：//www。eurekalert。org/news-releases/951644