《Cell》空间转录组学竞争者：华大基因Stereo-Seq

在Cell Press期刊上发表的一系列研究中，时空组学联盟(STOC)使用了由BGI-Research开发的空间转录组学立体序列技术，绘制了小鼠、果蝇、斑马鱼和拟南芥植物的时空细胞图谱。小鼠图谱绘制了从9.5天到16.5天的胚胎发育。该技术以亚细胞分辨率提供转录组信息，并提供大(厘米级)视场。

　　

拥挤的空间转录组学领域有了一个新的竞争者。华大基因研究公司的Stereo-Seq (SpaTial Enhanced REsolution Omics sequencing)技术已经进入了这个领域，并于当天在Cell Press上发表了四篇独立的论文。这些第一批生命全景空间地图集检查了不同发育阶段生物体的细胞动力学，为疾病治疗、发育和衰老提供了潜在的重要新信息，并提高了对生物进化的理解。

Stereo-Seq技术发表在《Cell》杂志上，题为“Spatiotemporal transcriptomic atlas of mouse organogenesis using DNA nanoball-patterned arrays“，发表在《发育细胞》(Developmental Cell)杂志上的另外三项研究描述了使用Stereo-Seq绘制发育中的果蝇胚胎和幼虫、斑马鱼胚胎发生和拟南芥叶片转录组分析的过程。

我国华大基因研究（BGI-Research）是华大基因集团的三个分支之一，另外两个是MGI和BGI Genomics。Ao Chen博士，时空组学首席科学家，华大基因生物化学研究所所长，2013年加入华大基因研究。Chen在公司的头几年是开发DNA纳米球技术(DNB-seq)团队的一员，该技术被用于MGI的测序仪。他们取得的部分进展是最大化纳米球的密度，并开发出最大的测序芯片。

这些工具现在正被应用于RNA。Chen的团队将测序芯片转化为能够捕获RNA的stereo芯片。DNB携带信息、位置和空间条形码，因此每个RNA都可以通过DNB单独标记。

Chen告诉GEN, Stereo-Seq有两个主要好处。首先，它们的亚细胞分辨率可以达到500纳米，他说，这是目前为止的最高分辨率。另一个优势是大(厘米级)视场。

这个过程从条形码的DNB开始。在装载之前，条码的顺序和DNB的位置是未知的。加载后，经过25个循环的测序，可以发现每个DNB的位置和条形码。然后，将poly-T加入到DNB中，这样芯片就可以捕获RNA了。载玻片和试剂被包装并作为Stereo-Seq试剂盒发送给合作者。在研究人员对切片进行冷冻切片后，它们被送回华大基因。在这里，组织是通透性的，并进行逆转录。将标记的cDNA冲洗掉，绘制空间条形码。

除了分发试剂盒，华大基因还在世界各地建立立体声实验室——美国、欧洲、澳大利亚、新加坡和中国。美国的立体实验室位于加州圣何塞，是华大基因研究的美国分部。如果研究人员想在他们自己的中心建立管道，他们也可以安排在内部建立一个立体实验室。

合作者们使用Stereo-Seq检查了小鼠的早期胚胎发育，特别是从9.5天到16.5天，这段时间内胚胎发育速度最快。这些数据生成了小鼠器官发生时空转录组图谱(MOSTA)，该图谱以单细胞分辨率和高灵敏度绘制了小鼠器官发生过程中转录变异的动力学和方向性。

科学家们首次能够绘制出一系列高精度的地图，显示从16.5个胚胎开始的大约30万个细胞的精确位置。BGI-Research利用这些信息制作了小鼠的全景图谱，并深入了解了发育中的大脑组织(包括中脑背侧)细胞变异和分化的分子基础。

“过去20年来，单细胞分析方法的发展确实在我们理解细胞之间差异的能力方面产生了显著的差异。最近，人们开始有可能将这种分析与组织或类器官组织切片中的细胞位置相结合，”剑桥大学临床医学院的医学教授、FMedSci教授帕特里克·麦克斯韦说。“在我看来，这篇新论文将这一技术提升到了一个新的水平，它结合了一个大尺寸的视野，使得在发育中的小鼠胚胎规模上分析组织成为可能，同时具有非常高的分辨率和非常深的转录组读取深度。”

以妊娠期只有24小时的斑马鱼为对象进行了类似的胚胎研究，并制作了果蝇细胞图谱的3D模型。果蝇、斑马鱼和小鼠胚胎发育的时空转录组图谱为胚胎发育过程中胚胎模式及其相关分子机制的研究打开了新的大门，为进一步研究提供了重要的数据参考，也为揭示胚胎进化提供了基准。

通过对拟南芥叶片细胞的Stereo-Seq研究，克服了长期以来对叶片等植物组织进行空间分辨单细胞组学研究的困难。华大基因研究公司证明了Stereo-Seq技术可以应用于植物科学研究和作物育种研究。一些关键应用包括了解水稻、小麦和玉米等主要作物种子发育的关键基因、抗旱机制、抗热机制和耐盐机制。这有助于培育对许多全球可持续发展计划至关重要的高质量、抗胁迫的作物品种。

与这些论文的发表同时，时空组学联盟(STOC)宣布成立，该组织包括一个大约80名科学家组成的国际组织。

“有许多来自不同领域的伟大的细胞图谱科学家，”华大基因研究中心单细胞组学首席科学家、细胞科学研究所所长刘龙奇博士指出。他们在几年前就有了在华大基因成立这样一个小组的想法，刘指出，但这是一个Cell编辑的建议，使联盟开始起步。

华大基因研究团队希望使用Stereo-Seq技术来绘制更多的地图。事实上，他们在今年3月发布了一份预印本，描述了一份全面的猴子大脑单细胞空间转录组图谱。他们使用这项技术在大约一周的时间内分析了130张幻灯片。

STOC的更大目标是将空间研究人员聚集在一起，以“团结、组织、推进和分享全球科学努力，绘制生物的时空多组图谱，并开发分析工具，以获得生理学、发育与衰老、疾病和进化方面的新生物见解。”