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知无不“研”,五分钟带你了解空间分辨转录组学的前世今生
文章来源:genecreate 作者:genecreate 发布时间:2022-04-18 16:13

基因合成的业务吗,报价是多少“空间”一词源自拉丁语 spatium,意为“空间”,可用于描述对象在相对位置方面如何相互关联。许多生物系统的功能,如胚胎、肝小叶、肠绒毛和肿瘤,都取决于它们细胞的空间组织。只有在知道它们的物理位置后,我们才能完全理解多细胞生物中单个细胞的分子特性。在过去的几十年中,随着人们对空间组织的重要性和获得分子特性精确位置认知的提高,极大地推动了空间分辨转录组学的技术进步,并开发了多种技术。按照时间轴排列如图1所示。

 

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图1 空间分辨转录组学各项技术的简要历史时间表

 

每种技术根据它们所基于的基本方法不同可分为五个子类别(在图1中已用不同颜色的原点进行分类):① 基于显微基因表达的技术,② 原位杂交 (ISH) 技术,③ 原位测序 (ISS) 技术,④ 原位捕获技术,⑤空间数据的计算机重建。而每个子类别中又包含了多种空间分辨转录组学技术,总结归纳后如表1-4所示。

 

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表1基于显微基因表达的各项技术名称、概念及示意图

 

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表2 基于原位杂交 (ISH)的各项技术的名称、概念及示意图

 

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表3 基于原位测序 (ISS) 的各项技术的名称、概念及示意图

 

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表4 基于原位捕获的各项技术的名称、概念及示意图

 

除了前面描述的实验方法外,还有构建空间分辨基因表达数据集的计算方法,也就是子类别中的第五个——空间数据的计算机重建。这些技术从分离的单个细胞开始,旨在根据基因表达谱通过计算将它们分配到空间位置。细胞到空间位置的映射可以基于参考图(其中一组信息基因签名用于指导细胞的适当放置)来实现,或者可以根据关于跨细胞表达特征的假设从头开始寻找物理空间。

 

空间背景对推断更深层次的生物学意义的重要性是毋庸置疑的,但技术掣肘在历史上限制了各种应用的广泛采用,例如敏感性、劳动力广泛性、组织类型依赖性以及获取详细单细胞信息的能力有限等。下表从样本类型、空间类型、有效率、优缺点的角度将各种技术进行了对比,以供大家按需选择(表5)。

 

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表5 空间分辨转录组学技术之间的比较

 

虽然先前大部分的技术正在被迅速弃用,但它们背后的思想和方法是当代空间转录组学的基础。为了追求更为广泛采用的技术,已经从学术界衍生出一些商业努力。10X Genomics收购了Spatial(更名为Visium)、ReadCoor和Cartana。ReadCoor的核心技术是荧光原位测序技术FISSEQ。Cartana的核心技术为锁式探针(Padlock),进行滚环扩增后测序,达到了亚细胞水平。NanoString在2019年推出自动化仪器GeoMx,捕获基因数量已超过22000,之后又发布GeoMx Digital Spatial Profiler,达到了单细胞的分辨率。另外,华大基因(BGI)在2013年收购了专注于人类全基因组精准测序的Complete Genomics,将细胞或组织嵌入芯片,产生高分辨率的空间解析数据。尽管如此,目前空间转录组方案仍然是定制的,只能在少数实验室中使用,且费用高昂。因此,探寻一种更为广泛采用的新技术是非常迫切且有必要的。
 

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参考资料

1. https://doi.org/10.1002/bies.201900221

2. https ://doi.org/10.1101/2021.05.11.443152

3.https://www.163.com/dy/article/G3OFQFO00532AN5N.html

4.https://zhuanlan.zhihu.com/p/265979114

5.http://www.360doc.com/content/21/0506/13/70100404_975833819.shtml