百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)S1000空間轉錄組測序服務。
單細胞組學和時空組學是近年來生命科學領域的重要技術突破，它們在細胞異質性解析、動態(tài)過程研究和細胞間相互作用分析方面具有重要優(yōu)勢，為生命科學研究帶來了全新的視角和深度。水稻稻瘟病是世界上發(fā)生嚴重的真菌病害之一，水稻在面臨稻瘟菌侵染時會激活動態(tài)免疫，因此挖掘水稻特異免疫基因對于抗稻瘟病菌侵染至關重要。
該研究對稻瘟菌接種后三個時間點的樣品進行了單細胞核轉錄組測序(圖1A)，同時對接種后的水稻葉片也進了時空組測序(圖1B)。
圖1?水稻樣品單細胞及時空組測序流程圖
對測序獲得的單細胞數據，結合細胞特異的標志基因，AddModuleScore?軟件和GO富集分析等方法，對水稻的細胞類型進行了分類注釋(圖2A)?；虮磉_分析發(fā)現，維管細胞中的原形成層細胞在稻瘟菌侵染后高度誘導二萜類植保素合成代謝相關基因的表達，其中水稻關鍵植保素momilactone A合成被特異誘導(圖2B)，促進了momilactone A在維管組織中積累，可能是抗稻瘟病的關鍵因素。相反，激素途徑和模式分子激發(fā)的免疫對抗病性貢獻較弱。
圖2?水稻單細胞測序結果及差異基因表達分析
共聚焦顯微鏡觀察結果顯示，稻瘟菌孢子萌發(fā)后優(yōu)先靶向葉脈入侵，但是水稻的維管組織具有較強的免疫，稻瘟菌菌絲無法進一步侵入(圖3A)。時空組測序結果顯示，富含亮氨酸重復序列的(NLR)免疫基因的表達在接種24小時后，葉尖部較葉基部具有更強的積累，表明免疫基因的表達具有極性的特征。綜上所述，該項研究揭示了水稻在稻瘟病菌侵染時免疫基因存在細胞特異性和多維(局部和縱向)的表達模式，為挖掘新的免疫基因提供了重要的數據基礎(圖3B)。
圖3 ?共聚焦顯微鏡觀察及時空組測序結果顯示水稻組織存在多維度的免疫
內容來源于中國農業(yè)大學，侵刪
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該研究將空間轉錄組技術應用于小麥籽粒發(fā)育研究，根據基因表達和位置信息詳細劃分細胞功能亞群，揭示了小麥籽粒發(fā)育過程的空間轉錄特征，繪制了小麥籽粒三維基因表達圖譜。
百邁客生物為該研究提供了空間轉錄組測序服務。
小麥（Triticum aestivum L.）是全球三大主糧作物之一，種植面積約2.3億公頃，其產量提升對保障全球糧食安全與營養(yǎng)供給至關重要。小麥籽粒主要由三部分組成：二倍體胚、三倍體胚乳及果皮（種皮）。這些組織在發(fā)育過程中表現出顯著的基因表達時空特異性，形成功能分化的區(qū)室化結構。盡管這些組織在細胞類型和生理功能上存在明顯差異，但它們通過協(xié)同調控構建了獨特的籽粒發(fā)育微環(huán)境，共同決定籽粒的最終表型。然而，目前對籽粒細胞類型的認知仍主要依賴于形態(tài)學觀察和少量標記基因的表達分析，常規(guī)轉錄組數據因缺乏空間分辨率，極大限制了對籽粒發(fā)育調控機制的深入解析及關鍵功能基因的挖掘。
為系統(tǒng)解析小麥籽粒發(fā)育的分子機制，該研究采用時空轉錄組學技術，構建了籽粒在發(fā)育早期4 DAP、8 DAP和12 DAP的高分辨率基因表達圖譜，實現了近8萬個基因的空間表達可視化，并鑒定了10個特征明確的細胞亞群及190個籽粒特異性標記基因。研究發(fā)現，不同組織特異性基因（尤其是轉錄因子）呈現動態(tài)表達模式。通過共表達網絡和順式調控元件分析，鑒定到一個關鍵調控因子——轉錄因子TaABI3-B1，其在胚胎及胚乳周圍組織中特異性表達，并負向調控胚胎和籽粒大小。進一步利用等位基因變異體和轉基因材料驗證了TaABI3-B1在胚胎和胚乳發(fā)育中的關鍵作用。
該研究不僅為小麥籽粒發(fā)育提供了全面的時空轉錄組資源，還揭示了調控籽粒大小的新機制，為小麥分子設計育種和產量提升提供了重要理論依據。
內容來源于北京大學現代農業(yè)研究院，侵刪
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通過對多組學數據的深度整合分析，該研究全面探究了重要木本經濟植物核桃（Juglans regia）及其近緣種在基因組層面的遺傳變異特征。同時，深入剖析了核桃果實發(fā)育過程中的轉錄代謝調控機制，揭示了表觀遺傳修飾以及空間轉錄調控在其中的關鍵作用，并對相關候選基因的功能進行了系統(tǒng)分析。該研究為深入理解核桃果殼基因變異及其網絡遺傳調控機制提供了全新的視角和理論依據，為推動核桃分子育種技術的創(chuàng)新發(fā)展奠定了堅實的基礎。
百邁客生物為該研究提供了植物空間轉錄組測序服務。
研究背景
核桃（Juglans regia）是一種具有重要經濟價值的堅果油料樹種；其果實具有堅硬的內果皮/果殼以保護種子，這在其進化過程中發(fā)揮了關鍵作用，而果殼厚度是核桃育種的一個重要性狀。然而，與核桃果殼發(fā)育相關的基因組景觀和基因調控網絡尚未得到系統(tǒng)的闡明。
研究內容
該研究組裝注釋了核桃品種“香玲”的高質量基因組，并構建了涵蓋八個胡桃屬物種的圖形結構泛基因組，以揭示基因組水平上的遺傳變異。重新測序了285份樣本，揭示了其群體基因組景觀變異圖譜。通過全基因組關聯(lián)研究（GWAS），研究發(fā)現了19個與核桃馴化和改良過程中受到選擇的268多個位點相關的基因座。
圖1-核桃比較基因組學與遺傳變異分析
圖2-核桃果殼/內果皮十一個發(fā)育階段基因轉錄調控網絡及動態(tài)形態(tài)變化
通過對十一個發(fā)育階段的轉錄組學、代謝組學、DNA甲基化和空間轉錄組學等多組學分析，揭示了多個與次生細胞生物合成和木質素積累相關的候選基因，例如UGP、MYB308、MYB83、NAC043、NAC073、CCoAOMT1、CCoAOMT7、CHS2、CESA7、LAC7、COBL4和IRX12。在擬南芥（Arabidopsis thaliana）中過表達JrUGP和JrMYB308驗證了它們在木質素生物合成和細胞壁加厚中的作用。
研究結論
植物的果實特征，包括核桃（Juglans）的堅硬內果皮，在種子傳播、農業(yè)生產效率和遺傳多樣性方面發(fā)揮著至關重要的作用，其中殼厚對核桃的生產和育種有著顯著影響。綜合多組學分析探究了核桃殼厚度這一關鍵性狀以及與木質素積累和細胞壁增厚相關的內果皮發(fā)育，為木本作物的遺傳學和調控機制提供了新的見解，助力基于基因組信息的改良育種策略。全面多組學研究結果為核桃的遺傳變異和內果皮發(fā)育及果殼厚度的網絡調控提供了新的見解，并為核桃品種改良的基因組信息育種策略提供了可能。
圖4-該研究主要發(fā)現概括模型
內容來源于西北大學生命科學學院，侵刪
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文章標題：Spatial and single-cell transcriptomics reveal cellular heterogeneity and a novel cancer-promoting Treg cell subset in human clear-cell renal cell carcinoma
期刊名稱：Journal for ImmunoTherapy of Cancer
影響因子：10.3
合作單位：空軍軍醫(yī)大學（第四軍醫(yī)大學）
研究方法：單細胞轉錄組測序，空間轉錄組測序，流式分選，RT-qPCR，Western blot，免疫組化，多重免疫組化，細胞實驗。
百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)DG1000單細胞轉錄組測序服務以及百創(chuàng)S1000空間轉錄組技術服務，文中百創(chuàng)S1000空間數據分析得到的細胞空間分布圖由百創(chuàng)開發(fā)軟件BSTCellViewer展示。
研究背景
透明腎細胞癌ccRCC是腎細胞癌RCC的常見亞型，是腎癌相關死亡的主要原因，治療手段包括腎切除手術、靶向治療和免疫治療，但多數患者不能從免疫治療獲益，這與腫瘤微環(huán)境異質性有關，因此有必要深入理解ccRCC的腫瘤微環(huán)境，助力開發(fā)新型個性化診療方案。
材料及方法
研究材料：15名腎切除術的ccRCC患者組織樣本及其血液PBMC。對組織樣本區(qū)域進行定義，分為腫瘤核心（TC），腫瘤-健康交界（IF，包括腫瘤邊緣TR和臨近健康腎組織AN），遠端健康腎組織DN。
組別設計：實驗組4名ccRCC患者樣本進行單細胞轉錄組測序&空間轉錄組測序，驗證組15名ccRCC患者樣本進行流式細胞術&多重免疫熒光染色，151名ccRCC患者組織樣本&40名其他腎癌亞型患者組織樣本&6名捐獻者健康腎組織進行多重熒光免疫組化染色。
研究方法：單細胞轉錄組測序（4名患者不同區(qū)域腫瘤組織，按照CD45+細胞:CD45-細胞=9:1增加免疫細胞數據占比，n=12），空間轉錄組測序（n=4）；流式分選，RT-qPCR，Western blot，免疫組化，多重免疫組化，細胞實驗。
研究結果
1.ccRCC組織細胞類型全面分析
單細胞轉錄組測序（scRNA-seq）數據顯示不同患者腫瘤組織的免疫微環(huán)境細胞組成相似，T細胞占比最高，特別是CD4+ T細胞。腫瘤區(qū)域（TC/TR）富集CD3+細胞以及CD8+ T細胞，而CD4+ T細胞基本分布在所有區(qū)域。此外，基質細胞和免疫細胞豐度和分布存在差異，TR區(qū)域成纖維細胞比例顯著低于TC區(qū)域和AN區(qū)域，這一發(fā)現也在空間轉錄數據中得到印證。
圖1-ccRCC組織中細胞群的全面分析
2.ccRCC細胞元程序的豐度以及異質性
通過非負矩陣因子分解分析每個樣本scRNA-seq數據，得到可以代表ccRCC腫瘤細胞簇元程序的6個基因集，不同基因集代表著不同的程序，如基因集1代表著EMT（上皮-間充質轉變）相關基因表達譜，基因集5也與EMT相關但與基因集1不同的是其包含VEGFA等。
進一步分析，發(fā)現ccRCC亞群0~4簇與不同基因集表達譜匹配，5和6簇不與任何基因集匹配但具有細胞周期和應激響應相關基因表達。RCC0簇和RCC2簇代表EMThigh腫瘤細胞并在IF區(qū)域富集，RCC1簇代表PT（近曲小管）細胞，擬時序分析結果顯示存在RCC0—>RCC2分化關系，但RCC2幾乎只在P2患者樣本中發(fā)現，表明RCC2可能與個別患者特征相關。RCC1、RCC3和RCC4細胞主要在組織而不是腫瘤區(qū)域富集，RCC4主要分布在AN和DN區(qū)域，RCC4在AN區(qū)域分布數量高于DN區(qū)域。RCC4高表達細胞因子受體基因，表明TME中分泌的促腫瘤細胞因子可能傾向于作用到RCC4，增加其轉變成癌細胞的概率，加速腫瘤逃逸，促進腫瘤惡性化，與以往瘤旁附近不是完全的健康組織認識相符合。
圖2-透明細胞RCC細胞元程序的豐度及異質性
3.ccRCC基質細胞的區(qū)域化特征和異質性
scRNA-seq與空間數據均顯示，ccRCC存在8種激活的成纖維細胞簇，腫瘤區(qū)域成纖維細胞數量高于健康組織，其中CD24+IL32+成纖維細胞顯著富集在腫瘤區(qū)域，PTGDS+成纖維細胞幾乎全分布在AN，高表達ECM（胞外基質）形成和EMT的成纖維細胞簇在IF較為富集，IL1R1+?CAF（腫瘤相關成纖維細胞）表現出腫瘤促進表型；7種EC（內皮細胞）簇中4種（0,2,3和6）主要富集在腫瘤組織，3種（1,4和5）在健康組織富集，膠原蛋白EC（0簇）豐度最高，具有促腫瘤特征?？傊?strong>不同的ECM蛋白質產生基質細胞傾向于富集在IF并共定位，可能行駛多種功能，包括細胞-細胞交互和胞外組分重構。
圖3-透明細胞腎細胞癌中基質細胞的區(qū)域特征和異質性
4.ccRCC中MRC1+FOLR2+?TAM傾向于表現出更強的促癌表型
scRNA-seq數據與空間數據均顯示，4種TAM簇具有不同分布趨勢，TAM1主要分布在TC區(qū)域；TAM2高表達FOLR2、MRC1和CD163，可能是M2樣巨噬細胞且具有增強的免疫抑制特征，TAM4是組織駐留巨噬細胞，兩者主要分布在TR區(qū)域；TAM3表達炎癥響應相關基因，在TR和AN區(qū)域富集。RNA速率分析顯示存在TAM4—>TAM2—>TAM1和TAM4—>TAM3兩種軌跡，以及從IF區(qū)域遷移到TC區(qū)域的趨勢。進一步的功能分析顯示，IF區(qū)域的TAM2可能通過促進EMT，TC區(qū)域的TAM2可能通過促進腫瘤血管生成，起到促癌效應?？傊?，TAM2不同的腫瘤促進效應可能與免疫抑制TME有關。
圖4-透明細胞腎細胞癌中MRC1+FOLR2+?TAM傾向于表現更強的促癌表型
5.單細胞分析揭示ccRCC中存在表達IL1B的Treg
進一步分析CD4+ T細胞簇，發(fā)現存在CD4+ 初始T細胞、Treg和濾泡樣輔助T細胞，不同簇的特征基因和空間分布模式不同，IF區(qū)域富集CD4+ 初始T細胞和PDE3B+ CD4+ T細胞，腫瘤區(qū)域富集Treg。其中，TC/TR區(qū)域CTLA-4+?Treg的占比以及Treg的FoxP3蛋白表達水平高于AN/DN區(qū)域，而CTLA-4+FoxP3-?Treg在所有組織中的分布較為均勻，表明腫瘤區(qū)域Treg細胞具有更強的免疫抑制功能。
進一步分析Treg細胞簇，發(fā)現存在6種亞型，其中終末效應Treg細胞（5）主要分布在IF區(qū)域，FOXP3表達水平較低且ICOS表達水平降低，表明細胞可能處于不穩(wěn)定狀態(tài)。
此外，終末效應Treg細胞表達炎癥性細胞因子如IL1B，IL18和IL7，驗證隊列的多重免疫熒光染色結果顯示IL-1β+終末效應Treg是對ccRCC特異性腫瘤微環(huán)境信號的特異性響應。發(fā)現腫瘤組織中存在表達炎癥性細胞因子IL1B的終末效應Treg細胞。
圖5-單細胞分析揭示透明細胞腎細胞癌存在表達IL1B的Treg細胞群
6.IL-18通過ERK/NF-κB通路促進強免疫抑制功能的終末效應Treg細胞產生
空間轉錄組數據結果顯示不同Treg細胞100μm范圍內激活的CD4+/CD8+ T細胞數量較少，終末效應Treg細胞100μm范圍內CD4+/CD8+ T細胞數量更少，表明終末效應Treg細胞周圍應答Treg細胞（Tresp）增殖受到更強的抑制。細胞共培養(yǎng)實驗表明終末效應Treg細胞具有強免疫抑制功能。RNA速率分析結果表明效應終末Treg可能由初始Treg細胞分化而來，體外實驗表明IL-18可刺激CD4+CD25+ Treg細胞上調IL-1β表達，表明終末效應Treg細胞產生和作用可能與IL-18有關。ERK激活劑/NF-κB激活劑促進IL-18+ Treg細胞的產生，IL-18處理后Treg細胞ERK/NF-κB磷酸化水平增加，ERK抑制劑可抑制Treg細胞表達NF-κB但NF-κB抑制劑無法抑制ERK表達，綜上，這些結果表明IL-18可能通過ERK/NF-κB通路介導終末效應Treg細胞的產生。
圖6-IL-18通過ERK/NF-κB通路促進具有強免疫抑制功能的終末效應Treg細胞產生
7.通過與MRC1+FLOR2+?TAM互作，終末效應Treg細胞與存活率降低、免疫逃逸增加及腫瘤生長相關
確定終末效應Treg細胞標志基因（FOXP3、IL1B和FCER1G），TGCA泛癌數據庫數據分析結果顯示，終末效應T細胞浸潤高的隊列與更低的整體存活率相關。細胞通訊分析結果顯示，巨噬細胞與終末效應Treg細胞有著最多的互作配體-受體對，許多是免疫抑制互作，驗證實驗支持終末效應Treg細胞與TAM2簇之間存在相互作用；IL1R1+?CAF與終末效應Treg細胞也存在潛在聯(lián)系。僅在TC區(qū)域（與TR區(qū)域相比）發(fā)現NAMPT-INSR和TGFB1-(TGFBR1+TGFBR2)配受體互作，體外實驗發(fā)現終末效應Treg細胞LRRC32（該基因編碼的GARP是TGF-β1成熟和激活所必須的）表達水平高于傳統(tǒng)Treg細胞。
此外，巨噬細胞特別是TAM2高表達IL18。這些結果可能表明ccRCC腫瘤微環(huán)境中，IF區(qū)域終末效應Treg細胞與臨近TAM2互作，通過分泌的TGF-β1、M-CSF1以及IL-10，將IF駐留的TAM轉變成促癌表型，引起腫瘤細胞EMT；TAM2分泌的趨化因子誘導Treg細胞遷移到腫瘤區(qū)域并過表達IL-18，將Treg細胞轉變成IL-1β+ 終末效應T細胞，抑制T細胞免疫并促進腫瘤生長。
總之，這些結果表明ccRCC的IF區(qū)域，終末效應Treg細胞可能與其他促癌細胞互作，最終促進腫瘤細胞惡性轉化，支持了終末效應Treg細胞具有免疫抑制和促癌作用的假設。
研究結果
該研究系統(tǒng)描述了ccRCC中不同類型細胞的基因表達譜和空間分布規(guī)律，發(fā)現一種具有癌癥促進作用的新Treg細胞亞型，在腫瘤-健康組織交界區(qū)域與MRC1+FOLR2+?TAM互作，構建免疫抑制TME，促進腫瘤細胞惡性轉化最終引起患者存活率降低。同時，這些發(fā)現也為開發(fā)新的藥物和預后標志物提供了靶點。
參考文獻：
Song X, et al. Spatial and single-cell transcriptomics reveal cellular heterogeneity and a novel cancer-promoting Treg cell subset in human clear-cell renal cell carcinoma. J Immunother Cancer. 2025 13(1):e010183.
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2025年3月，華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院器官移植研究所蘭培祥教授、陳知水教授和肝臟外科程琪教授研究團隊在Journal of Hepatology發(fā)表題為”Sour Neuronal Signalling Attenuates Macrophage Mediated Liver Injury”的研究論文。研究使用單細胞轉錄組測序技術等多種技術，深入闡述人鼠中減輕肝缺血再灌注損傷的腦-肝軸調控通路，發(fā)現酸味刺激竟然可以通過神經信號緩解肝臟損傷！這一發(fā)現不僅為肝臟疾病的治療提供了新思路，還從現代科學的角度驗證了中醫(yī)“酸入肝”的理論。
文章標題：Sour Neuronal Signalling Attenuates Macrophage Mediated Liver Injury
期刊名稱：Journal of Hepatology
影響因子：26.7
合作單位：華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院
百邁客生物為該研究提供了10X單細胞轉錄組測序技術服務。
研究背景
在中醫(yī)理論中，酸味與肝臟有著密切的關系。中醫(yī)經典《黃帝內經》中提到“酸入肝”，認為酸味食物能夠滋養(yǎng)肝臟，調和氣血，促進肝臟的生理功能。像檸檬、山楂、醋等酸味食物，常被用來調理肝氣郁結、疏肝解郁。這次的研究，不僅讓中醫(yī)的古老智慧得到了科學驗證，還為酸味在肝臟疾病治療中的應用提供了新的依據。
肝損傷是多種肝病常見的病理生理基礎，與炎癥有關。肝缺血再灌注損傷是一種局部無菌炎癥響應，主要由先天免疫細胞驅動，是肝切除術中早期器官功能障礙和衰竭的重要原因。傳統(tǒng)認為肝缺血再灌注引起的炎癥是由肝和死亡細胞釋放的DAMP（損傷相關分子蛋白）被肝駐留庫普夫細胞、單核細胞、單核-巨噬細胞等識別，釋放趨化因子和促炎癥因子，招募循環(huán)白細胞促使炎癥發(fā)生。此外，近年來，神經免疫調控成為研究熱點，科學家們發(fā)現，神經系統(tǒng)可以通過釋放神經遞質、神經肽等分子來調節(jié)免疫反應。然而，如何通過神經信號來治療肝臟炎癥，仍然是一個未解之謎。
材料及方法
研究方法：單細胞核轉錄組測序（n=3，肝及腹腔神經節(jié)），組織學染色，熒光染色，病毒示蹤，免疫印記，免疫沉淀串聯(lián)質譜，bulk RNA-seq，qRT-PCR，流式細胞術等。
研究材料：C57BL/6J小鼠缺血再灌注損傷模型，Fam19a2-/-Ccr2-/-小鼠，小鼠海馬神經元細胞系HT122。
研究結果
1.酸刺激減輕肝缺血再灌注損傷
研究者首先構建酸刺激下肝臟缺血再灌注損傷（IRI）小鼠模型，發(fā)現酸刺激可以減少肝組織損傷以及血清標志物水平。但是，使用丁卡因局麻小鼠舌頭或者灌胃檸檬酸不能減少肝損傷和血清標志物水平；NMDAR阻斷劑1（阻斷NMDAR介導的興奮性突觸傳遞）立體定位注射到腹后內側核（VPN）后，酸刺激后IRI肝的血清標志物水平和肝損傷程度無明顯變化，表明神經系統(tǒng)在酸刺激減輕IRI過程中起重要作用。此外，小鼠VPN注射示蹤病毒的實驗結果顯示，肝臟以及CG（腹腔神經節(jié)）均檢測到熒光，行腹腔神經節(jié)切除術能降低IRI肝的組織損傷和血清標志物水平，表明酸刺激減輕肝損傷過程通過腦-CG-肝軸。
圖1-酸通過神經減輕小鼠肝臟缺血再灌注損傷
圖2-腦和肝中分布的H129感染神經
2.酸刺激通過減少TAFA2產生降低肝IRI
對肝IRI小鼠、酸刺激后肝IRI小鼠及sham（假手術）小鼠的肝臟和CG進行單細胞核轉錄組測序，結果顯示IRI引起肝細胞和神經元基因表達譜發(fā)生變化，IRI肝中免疫細胞數量增加，但酸刺激后IRI樣本中免疫細胞數量減少。神經元較為特異性地表達TAFA2，IRI可引起肝神經元TAFA2表達水平增加，但酸刺激使得TAFA2表達水平降到與sham對照組相近水平。實驗發(fā)現鉀離子可引起小鼠海馬神經元細胞系HT22顯著高表達TAFA2，使用鉀離子通道抑制劑可減輕肝損傷，支持酸刺激通過神經系統(tǒng)減輕肝損傷的假設。進一步的，使用慢病毒敲低神經元TAFA2表達水平或使用TAFA2敲基因鼠，發(fā)現IRI引起的肝組織損傷、巨噬細胞浸潤以及血清標志物水平降低，表明TAFA2在肝IRI中有著重要作用。
圖3-酸刺激減少小鼠IRI肝中神經細胞Fam19a2表達水平
圖4-Fam19a2敲除或敲低，使得小鼠肝臟缺血再灌注損傷降低
?3.IRI肝中TAFA2與巨噬細胞相互作用
體外實驗發(fā)現TAFA2不引起肝細胞凋亡；snRNA-seq數據顯示IRI肝中巨噬細胞比例增加且炎癥相關基因表達水平增加，但在酸刺激組中降低；流式細胞術實驗結果表明，TAFA2與巨噬細胞結合而不與T/B細胞結合，不論是否酸刺激T/B細胞比例無顯著變化，IRI肝中CD11b+F4/80low?巨噬細胞增加而酸刺激可降低該巨噬細胞數量；TAFA2敲除或敲低抑制IRI肝中巨噬細胞的浸潤，這些結果表明TAFA2促進巨噬細胞活化。體外實驗結果表明，TAFA2可以激活BMDM（骨髓來源巨噬細胞），引起Il1α，Il1β，Il6和Tnfα的表達，這些結果表明TAFA2激活的巨噬細胞介導了肝IRI。
圖5-TAFA2使得IRI中巨噬細胞比例增加，刺激炎性細胞因子的產生
4.TAFA2通過CCR2與巨噬細胞互作
體外實驗表明巨噬細胞上的CCR2是TAFA2受體，CCR2敲除小鼠IRI肝的組織損傷以及巨噬細胞浸潤降低，血清標志物水平降低。TAFA2或CCL2刺激后BMDM的bulk RNA-seq數據表現出幾乎一致的轉錄組表達譜，粘附、代謝、Ras信號通路相關差異基因表達上調，代謝和核糖體通路相關基因表達下調，TAFA2誘導BMDM更高的表達Il1α，Il1β，Il6，Tnfα以及干擾素相關基因，促進巨噬細胞介導的炎癥響應。進一步實驗表明TAFA2促使巨噬細胞介導的炎癥響應主要依賴CCR2，但巨噬細胞上也可能存在其他的TAFA2受體。
圖6-TAFA2與巨噬細胞表面CCR2互作
5.酸刺激減輕人類肝切除術中肝IRI
為了確認酸刺激在人類肝IRI中的作用，研究者進行了開放、隨機、空白對照臨床試驗（ChiCTR2400088096），包含多種良性/惡性肝腫瘤、肝外傷、膿腫、囊腫和包蟲病，由于手術期間門靜脈短暫阻斷以減少肝切除過程中出血，導致肝出現缺血再灌注損傷。干預組33名患者，術前24h開始，每8h給與新鮮的25mM檸檬酸（持續(xù)5min），對照組33名患者不接受酸刺激，剔除6名術中肝缺血超過30min患者以及4名依從性差患者，肝切除術后第1/3/5天對患者肝功能進行評估，結果顯示酸刺激組血清ALT和AST水平顯著低于對照組，高ALT水平（>500 U/L）患者數量也顯著更低，這些結果表明酸刺激可減輕人類肝切除術引起的肝IRI。
圖7-酸刺激減輕人類肝切除術中肝IRI
研究總結
該研究首次揭示了腦-肝軸在肝臟IRI中的調控作用，闡明了酸味刺激通過神經信號通路緩解肝臟損傷的機制。研究不僅為肝臟IRI的治療提供了新的思路，還為神經免疫調控在其他器官炎癥中的應用奠定了基礎。研究團隊表示，未來將進一步探索神經刺激療法在肝臟疾病中的應用，特別是通過調控腦-肝軸來緩解肝臟炎癥和損傷。此外，研究團隊還將深入研究TAFA2蛋白的作用機制，開發(fā)針對TAFA2-CCR2信號通路的靶向藥物，為肝臟疾病的治療提供更多選擇。
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豬不僅是重要的經濟家畜，還在科研中扮演重要角色。豬器官與人類器官高度相似，被廣泛用于臨床前研究。
2020年，馬斯克展示了植入腦機芯片的豬，展示了腦電波信號的變化；2021年以來，全球已完成豬器官移植到腦死亡患者的實驗；2025年，空軍軍醫(yī)大學西京醫(yī)院又一次成功實施了豬肝臟異種移植到人腦死亡患者體內，與之前不一樣的是，這次是切除人類肝臟后只保留豬肝臟，探討豬肝能否完全替代人肝。
從時空實驗應用條件看，豬的器官組織特征與人類接近，實驗開發(fā)難度較低。豬是二倍體生物，基因組質量良好，有基因表達調控數據庫和單細胞數據，便于跨物種比較研究。綜上，時空技術的應用可提升研究精度，為后續(xù)研究提供精準參考。
生殖方向
1.豬早期卵子發(fā)生的時空圖譜
英文標題：Spatiotemporal dynamics of early oogenesis in pigs
發(fā)表期刊：Genome Biology
影響因子：10.1
發(fā)布時間：2025-01
DOI：10.1186/s13059-024-03464-8
實驗設計時空部分：
單細胞轉錄組，豬E45、E55、E65、E75胚胎卵巢（n=2）。
空間轉錄組，豬E45、E55、E65、E75胚胎卵巢，10x Visium；E65胚胎卵巢，BMKMANU S1000。
百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)S1000空間轉錄組技術服務。
研究內容總結：
① 該研究結合單細胞RNA測序(scRNA-seq)和空間轉錄組學(ST)探索在豬卵子發(fā)生早期卵巢微環(huán)境的空間組織，構建時空基因表達譜。將卵子發(fā)生不同階段的生殖細胞簇投射到空間圖譜中，揭示了發(fā)育中的豬卵巢中生殖細胞的“皮質-髓質(C-M)”分布。豬和人之間的跨物種分析揭示了在卵子發(fā)生過程中生殖細胞的保守的C-M分布模式，提示豬可以作為人類早期卵子發(fā)生過程的理想研究模型。
② 利用ST數據進行RNA速度分析，確定了豬卵巢皮質和髓質區(qū)顆粒細胞系的分子特征和空間動力學。通過空間共定位分析和細胞間通訊分析，揭示了皮質和髓質區(qū)域生殖細胞和體細胞之間獨特的細胞-細胞通訊模式。
③ 值得注意的是，卵巢組織的體外培養(yǎng)實驗結果證實細胞間NOTCH信號傳導和細胞外基質(ECM)蛋白在啟動減數分裂和卵子形成程序中起關鍵作用，表明卵巢微環(huán)境對于生殖細胞的命運調控起著重要作用。
圖1-基于Cell2location，使用scRNA-seq數據對ST數據進行解卷積
2.時空技術解析豬滋養(yǎng)層類器官與母胎界面細胞多樣性
英文標題：Defining Cellular Diversity at the Swine Maternal-Fetal Interface Using Spatial Transcriptomics and Organoids
發(fā)表期刊：bioRxiv
發(fā)布時間：2024-10
DOI：10.1101/2024.10.21.619461
實驗設計時空部分：單細胞轉錄組，滋養(yǎng)層細胞系類器官（n=3)?？臻g轉錄組：G65臍帶殘端附近1cm*1cm完整胎盤（包括母體和子代組織，n=4）。
研究內容總結：
① 研究者使用足月豬胎盤構建的sTO（豬滋養(yǎng)層類器官）可以擴增、凍存并成功復蘇，高表達滋養(yǎng)層標志基因KRT18、ELF3以及GATA3，與豬胎盤表達標志更相似。此外，在人工基底膜中培養(yǎng)立刻形成懸浮培養(yǎng)可逆的局部頂面，通過和體內較為一致的基因表達和細胞通訊程序分化成不同滋養(yǎng)層細胞。與當前其他可用的體外模型相比，研究者開發(fā)的sTO是更理想的體外研究模型。
② 使用空間轉錄組技術定義妊娠中期豬母胎界面上滋養(yǎng)層原位轉錄組圖譜，無需依賴傳統(tǒng)標志，揭示了豬子宮和胎盤的新marker，可用于精準定義豬母胎界面組織學結構；數據還包含以往未分析到的腺窩區(qū)（areola）和交界區(qū)，定義出3種腺窩細胞亞群，例如主要位于胎盤間質附近而不明顯與交界區(qū)直接接觸的Areola-1?？傊?，該圖譜為后續(xù)豬生殖研究提供了基礎參考。
③ 空間數據可用于注釋sTO單細胞轉錄組數據中的細胞類型，進一步分析發(fā)現sTO涵蓋了豬胎盤中滋養(yǎng)層細胞群的發(fā)育和功能差異，sTO和胎盤組織具有相同保守的關鍵信號通路。此外，由于sTO中有更多增殖干細胞，因而僅在sTO單細胞數據中觀察到增殖干細胞與其他滋養(yǎng)層間存在互作?？傊@些凸顯了sTO在研究豬胎盤發(fā)育中的用途。
圖2-空間轉錄組學解析豬母胎界面的全局表達情況
3.豬竇卵泡的單細胞圖譜
英文標題：Deciphering Cellular Heterogeneity and Communication Patterns in Porcine Antral Follicles by Single-Cell RNA Sequencing
發(fā)表期刊：Animals
發(fā)布時間：2023-09
DOI：10.3390/ani13193019
實驗設計時空部分：單細胞轉錄組：D210母豬（取樣前48h內注射5 IU PMSG）竇卵泡（n=2）。
研究內容總結：
① 單細胞數據揭示了豬竇卵泡內細胞的顯著異質性，特別是顆粒細胞，研究者首次在豬中確認壁顆粒細胞（mGC）和卵丘細胞（nGC）存在不同亞群，例如mGC1亞群在激素信號轉導中起到重要作用，而mGC2主要負責雌激素合成，cGC2負責糖酵解和卵丘擴張，cGC1亞群具有mGC和cGC兩種顆粒細胞特征，表明卵泡內存在多種狀態(tài)和功能的細胞。
圖3-豬竇狀卵泡中細胞的降維聚類結果
發(fā)育方向
4.豬皮膚早期發(fā)育的時空圖譜
英文標題：Integrating Single-Cell and Spatial Transcriptomics Reveals Heterogeneity of Early Pig Skin Development and aSubpopulation with Hair Placode Formation
發(fā)表期刊：Advanced Science
影響因子：14.3
發(fā)布時間：2024-04
DOI：10.1002/advs.202306703
實驗設計時空部分：
單細胞轉錄組，E37胚胎（n=1，未知U），E41&E52&E85胚胎（每時期n=2，同窩有毛N、無毛H各1）。
空間轉錄組，E37胚胎（n=1），E41&E52&E85胚胎（每時期n=2，同窩有毛N、無毛H各1）。
研究內容總結：
① 單細胞數據分析得到7種主要細胞類型，空間轉錄組數據分析得到6種主要細胞類型，包括免疫細胞、內皮細胞、周細胞、施旺細胞等，且不同類型細胞空間分布與已知的皮膚組織解剖結構相一致，相關性分析表明單細胞數據和空間數據中鑒定出的細胞類型一致性較高。
② 聯(lián)合已發(fā)表的人、小鼠皮膚單細胞數據分析，發(fā)現豬表皮細胞、免疫細胞以及周細胞表達更多保守的特異性標志基因，這些基因也與人類皮膚疾病相關，表明與小鼠相比，豬皮膚或許是一種更合適的人皮膚疾病研究模型。
③ 表皮細胞簇進一步聚類得到9種亞型，OGN+/UCHL1+ 細胞主要在E37U中存在，毛囊間表皮（IFE）基底層細胞與祖細胞從E41到E52表現出增加趨勢。擬時序分析結果顯示存在兩種分化軌跡，OGN+/UCHL1+ 細胞—>IFE基底層細胞和真皮細胞前體（pre-DC）、OGN+/UCHL1+ 細胞—>成熟毛囊基底（Pc）發(fā)育和毛囊（HF）及角質細胞分化。真皮成纖維細胞簇進一步聚類得到乳頭狀成纖維細胞和網狀成纖維細胞，進一步分析在E37U中鑒定出成纖維祖細胞。
④ 有毛豬中Pc的形成時期為E37-E41，無毛豬中缺乏Pc細胞。CytoTRACE、逆時序分析等結果表明，無毛豬OGN+/UCHL1+ 細胞增殖和遷移異常導致Pc不能正常形成，BMP和TGFβ是引起OGN+/UCHL1+ 細胞形成Pc的首個信號通路。
圖4-ST和scRNA-seq鑒定的常見細胞類型的轉錄組之間具有高度一致性
5.豬出生后肝臟發(fā)育的單細胞動態(tài)圖譜
英文標題：Single-cell dynamics of liver development in postnatal pigs
發(fā)表期刊：Science Bulletin
影響因子：18.8
發(fā)布時間：2023-09
DOI：10.1016/j.scib.2023.09.021
實驗設計時空部分：
單細胞轉錄組，出生后不同胎齡豬肝臟，D30(n = 3)，D42 (n = 3)，D150(n = 1)，D730(n = 2)。
單細胞核ATAC，D240(n=1)。
研究內容總結：
① 構建迄今最全面的出生后豬肝臟單細胞發(fā)育圖譜，涵蓋斷奶前（30天）、斷奶后（42天）、生長高峰（150天）和成年階段（730天）這四個生長發(fā)育重要階段，數據涵蓋單細胞轉錄組、單細胞核轉錄組以及單細胞ATAC數據，共鑒定到23種細胞類型，包括肝臟中的三種稀有細胞類型，漿細胞樣樹突狀細胞（pDCs），CAVIN3+IGF2+內皮細胞和EBF1+成纖維細胞。
② 發(fā)現斷奶前仔豬和成年豬脂肪酸合成的差異，擬時序分析鑒定出5693個基因在三個發(fā)育階段表現出顯著表達水平變化，進一步分析發(fā)現33個階段特異性轉錄因子，例如D30富集參與調節(jié)出生后肝細胞成熟的轉錄因子EZH2，D42富集參與調節(jié)晝夜節(jié)律的CLOCK，還首次鑒定出成年豬肝竇內皮特異性的轉錄因子LUAP2。通路富集分析結果顯示不同發(fā)育階段肝竇內皮細胞富集的通路不同，D40是免疫相關通路富集，D730中主要是代謝相關通路基因表達上調。
③ 豬D30免疫細胞主要是NK（自然殺傷細胞）和T細胞，以往有報道表明新生小鼠免疫系統(tǒng)重髓系細胞占比更大，出生D30豬肝臟免疫系統(tǒng)可能發(fā)生了從髓系細胞到淋巴系細胞的免疫系統(tǒng)轉變。此外，豬trNK（組織駐留自然殺傷細胞）具有與人類相似的轉錄因子表達特征，或表明豬可以作為研究人trNK的理想模型。
圖5-單細胞RNA測序（scRNA-seq）和單核RNA測序（snRNA-seq）鑒定發(fā)育中肝臟細胞類型
免疫方向
6.豬腎異種移植排異的時空圖譜
英文標題：Spatiotemporal immune atlas of a clinicalgrade gene-edited pig-to-human kidney xenotransplant
發(fā)表期刊：Nature Communications
影響因子：14.7
發(fā)布時間：2024-04
DOI：10.1038/s41467-024-47454-7
實驗設計時空部分：
單細胞核轉錄組，移植前豬腎穿刺組織，移植后24h/72h/74h豬腎穿刺組織（n=4）。單細胞轉錄組，移植74h后切除的腎組織CD45+細胞（n=1）；
空間轉錄組，移植前豬腎穿刺組織，移植后24h/72h/74h豬腎穿刺組織（n=4）。
研究內容總結：
① 基因編輯豬腎移植給腦死亡且雙腎切除患者。數據分析結果顯示，未在異種移植后的豬腎組織中發(fā)現急性細胞排異或IgM/IgG/配體蛋白結合的證據，但發(fā)現急性腎小管壞死和病因不明的血栓性微血管病變。
② 移植后豬腎中髓系細胞是人和豬腎中檢測到的最多的免疫細胞，移植3天內人B細胞和T淋巴細胞很少檢測到，3天后檢測到的人免疫細胞增多但豐度遠小于豬免疫細胞。
③ 移植3天后發(fā)現人類中性粒細胞和單核細胞主要與豬內皮細胞共定位，人巨噬細胞主要與豬基質細胞共定位，表明人免疫細胞對豬腎皮質浸潤有限。
④ 移植豬腎中人和豬巨噬細胞更傾向于激活抗炎癥基因表達。
圖6-人髓系細胞對豬腎異種移植的有限浸潤
7.豬空腸免疫細胞單細胞圖譜
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英文標題：Single-Cell Transcriptional Analysis of Lamina Propria Lymphocytes in the Jejunum Reveals Innate Lymphoid Celllike Cells in Pigs
發(fā)表期刊：The Journal of Immunology
發(fā)布時間：2024-01
DOI：10.4049/jimmunol.2300463
實驗設計時空部分：
單細胞轉錄組，4周大仔豬，空腸固有層淋巴細胞（n=3），空腸先天淋巴樣細胞（n=3）。
研究內容總結：
② 豬空腸ILC標志基因與人基因相似，包括IL-23R、AHR、NCR2等。此外，研究者發(fā)現ILC3可能分化成ILC2、ILC1和NK細胞。ILC3亞群種，ILC3b沒有明顯高表達基因，是ILC亞群中具有更高轉分化可塑性的亞群，IKZF1和TGFB1可能與該過程有關。
③ 豬ILC3表達TAC3基因，該基因編碼蛋白的受體是NK3R，可以促進釋放促性腺激素釋放激素，繼而促進性激素釋放，因此TAC3在促性腺激素軸上起到重要作用，因而可能存在腸/性腺軸，暗示豬腸道ILC3或調控性腺發(fā)育。
圖7-豬空腸中l(wèi)LC3s的分型研究
8.感染PEDV仔豬的空腸單細胞圖譜
?
英文標題：Identification of Cell Types and Transcriptome Landscapes of Porcine Epidemic Diarrhea VirusInfected Porcine Small Intestine Using Single-Cell RNA Sequencing
發(fā)表期刊：The Journal of Immunology
發(fā)布時間：2023-02
DOI：10.4049/jimmunol.2101216
實驗設計時空部分：
單細胞轉錄組，口服2ml PEDV-24h的3天大仔豬（n=1,4只豬樣本混合），口服對照液體-24h的3天大仔豬（n=1,4只豬樣本混合）
研究內容總結：
① 首次繪制感染PEDV（豬流行性腹瀉病毒）的仔豬小腸單細胞圖譜，使用人小腸細胞類型marker鑒定出12種細胞類型，發(fā)現豬小腸tuft細胞新特異性標志基因DNAH11，結果表明多數人小腸特異性marker也可以用到豬研究中。此外，豬小腸Th17細胞（3和9簇）特異性高表達IL17A、IL7F和IL22，但不高表達T細胞代表性CD3，這可能與豬T細胞分化有關。
② 抗菌肽（AMP）相關基因分析結果顯示，僅DEFB115和REG3G在仔豬空腸部分的腸細胞中最為豐富，PEDV感染會導致REG3G顯著上調。REG3G表達與IL33、MyD88、STAT3等相關，在體外實驗中發(fā)現感染PEDV后IPEC-J2細胞IL33表達水平以及STAT3磷酸化水平顯著增加，表明IL33-STAT3信號通路可能在PEDV感染誘導的REG2G表達中起到重要作用。
③ 功能富集分析結果顯示，病毒感染導杯狀細胞、tuft細胞和腸內分泌細胞中緊密連接和粘附連接通路水平顯著降低，體外實驗確認PEDV感染的IPEC-J2細胞中，緊密連接通路相關基因表達顯著降低，但感染晚期粘附連接通路相關基因轉錄和蛋白質水平表達顯著增加，這可能是由于不同腸細胞類型對PEDV感染的不同響應導致的。冠狀病毒受體分析結果表明，豬小腸上皮細胞高表達多種不同的冠狀面病毒受體，這一發(fā)現支持豬易受冠狀病毒感染并表現感染相關腸道癥狀。
圖8-豬小腸空腸段細胞類型的測定
同源器官比較
9.脊椎動物肺單細胞圖譜
英文標題：Origin and stepwise evolution of vertebrate lungs
發(fā)表期刊：Nature ecology & evolution
影響因子：14.1
發(fā)布時間：2025-2
DOI：10.1038/s41559-025-02642-6
實驗設計時空部分：
單細胞轉錄組測序：
塞內加爾多鰭魚，肺（n=2），腦/食管/鰓/心臟/腸/肌肉/胃（各器官，n=1）；
非洲肺魚，肺（n=2），腦/食管/鰓/心臟/腸/腎/肌肉/皮膚/胃（各器官，n=1）；
條紋斑竹鯊，壺腹/魚鰭/心臟/腸/胰腺/鰓/牙（各器官，n=3），腦/食管/腎（各器官，n=2），脾臟（n=6），眼睛（n=1）；雞肺，E6/E7/P3（各時期，n=1）；
非洲牛蛙肺（n=2）；鬃獅蜥肺（n=1）。
人/小鼠/大鼠/豬的肺數據使用已有的單細胞轉錄組測序數據。
百邁客生物為塞內加爾多鰭魚和非洲肺魚除肺以外的組織，提供了百創(chuàng)DG1000單細胞轉錄組測序服務。
研究內容總結：
① 使用單細胞轉錄組測序分析9種動物的成體/胚胎肺組織及其他組織，發(fā)現軟骨魚具有多個肺發(fā)育所必須得遺傳組分，包括肺特異性基因，但不同物種中這些基因的表達模式和功能可能有差異，表明軟骨魚距離擁有肺在“進化上只差一步之遙”；軟骨魚食管和胃中，少量細胞共表達對呼吸脊椎動物肺功能十分重要的sftpb和abca3基因，暗示頜類脊椎動物最近共同祖先（LCA）經歷顯著的演化變化，不僅發(fā)育出重要特征如頜和成對附件，還為肺最終出現奠定基礎。
② 許多保守的非編碼組分（CNE）來源于頜類脊椎動物祖先，暗示肺的遺傳基礎可能在脊椎動物演化很早就出現，但無肺蠑螈中缺失的CNE與其促肺活性無關，表明這些組分可能還具有除肺發(fā)育以外的多種功能；硬骨魚祖先來源的CNE在無肺蠑螈表現出更高的丟失率，也反映出這些CNE具有顯著的肺功能特異性，強調了復雜器官起源中調控組分演化的重要性。這些證據暗示肺起源的兩個階段過程，最開始頜類脊椎動物LCA出現基礎的肺相關遺傳組分，隨后譜系演化出更特異性的肺增強子產生硬骨魚；功能完全的肺可能在軟骨魚和硬骨魚譜系分開后演化而來。
③ 全基因組復制對肺演化很重要，1866個肺相關直系同源基因中有776個是脊椎動物兩輪全基因組復制（2R-WGD）的產物；哺乳動物譜系特異的基因復制也十分重要，sfta2-/-小鼠表現出明顯的呼吸疾病，包括顯著的炎癥。
④ 研究成果支持了兩個關于復雜器官的前期假設。首先，肺進化是一個逐步過程，與達爾文預測相一致，與眼睛和其他器官類似，肺演化似乎是隨時間逐漸發(fā)生的。其次，反映了Jacob定律，即演化類似“修補匠”，使用已有的遺傳基礎，包括招募、征用已經存在的基因和調控組分。總之，這些結果表明調控網絡的修改對肺的起源和演化是十分重要的，新基因或基因重復的出現提供了基礎材料，即使這些基因并不會立刻發(fā)揮作用。
10.野豬/萊蕪豬/杜洛克豬新生骨骼肌單細胞圖譜
英文標題：Single-Cell RNA-Sequencing Provides Insight into Skeletal Muscle Evolution during the Selection of Muscle Characteristics
發(fā)表期刊：Advanced Science
影響因子：14.3
發(fā)布時間：2023-10
研究內容總結：
① 使用單細胞轉錄組測序技術繪制了野豬、萊蕪豬和杜洛克豬新生骨骼肌駐留細胞圖譜，鑒定出9種細胞類型，包括成肌細胞、肌細胞、衛(wèi)星細胞等，定義兩種新亞型，MT豐富FAP（?bro-adipogenic progenitors）以及肌細胞樣FAP。
② 與不同物種的胎兒和成體骨骼肌相比，豬新生骨骼肌細胞組成類型更豐富。例如，豬新生骨骼肌衛(wèi)星細胞不僅包含衛(wèi)星干細胞（PAX7+），還包括兩個有不同肌源性潛能的亞群（HES1+和TRIB1+衛(wèi)星細胞）；少有研究可解答骨骼肌中FAP的異質性，但本研究發(fā)現4種FAP亞群。與人、小鼠骨骼肌數據聯(lián)合分析，發(fā)現豬骨骼肌駐留細胞的通用marker和物種特異性的marker。
③ 豬新生骨骼肌中發(fā)現增殖分化活性狀態(tài)的干性樣細胞，如pro-NK/T、間充質干細胞（MSC）、間質細胞等，且MSC和FAP間存在一群具有典型標志基因如CD73、CD90和PDGFRA的連續(xù)態(tài)細胞亞群。此外，擬時序分析揭示杜洛克豬新生骨骼肌中的成肌譜系干細胞處于初始階段，野豬的成肌譜系已處于分化末期和成熟期，萊蕪豬位于中間態(tài)。
④ 不同品種豬具有不同骨骼肌表型，它們骨骼肌駐留細胞譜系存在一定差異。與家豬相比，野豬缺少兩種FAP亞群，但存在THY1+衛(wèi)星細胞；發(fā)現品種特異性細胞類型，例如萊蕪豬具有COL13A1+ 腱細胞；與萊蕪豬和野豬相比，杜洛克豬新生肌肉中具有更多增殖的前體脂肪細胞，或意味杜洛克豬未來選育后可積累更高的IMF（肌內脂肪）。
圖9-野豬、萊蕪豬和杜洛克豬骨骼肌細胞的單細胞轉錄譜分析
11.人/小鼠/大鼠/豬胃竇跨物種比較單細胞圖譜
英文標題：Cross-species single-cell transcriptomic analysis of animal gastric antrum reveals intense porcine mucosal immunity
發(fā)表期刊：Cell Regeneration
發(fā)布時間：2023-08
DOI：10.1186/s13619-023-00171-w
實驗設計時空部分：單細胞轉錄組，人（n=4），小鼠（n=3），大鼠（n=3），豬（n=3）。
研究內容總結：
① 使用單細胞轉錄組測序技術構建人、豬、大鼠和小鼠的胃竇單細胞轉錄組圖譜，鑒定出9種類型的細胞，包括小凹黏膜細胞、小凹祖細胞、基底腺粘液細胞等。絕大多數類型的細胞存在于兩個或者多個物種中，F3和CLCA1低表達水平的祖細胞僅在人類和豬的胃竇上皮中發(fā)現，高表達F3的基底粘液腺細胞僅在豬胃竇上皮中發(fā)現，通路富集分析表明F3+細胞類群可能與細胞遷移、細胞增殖以及蛋白穩(wěn)定維持相關。
② 功能富集分析結果表明，人的胃竇上皮高表達金屬離子穩(wěn)態(tài)相關基因，豬的胃竇上皮高表達免疫相關基因，大鼠和小鼠的胃竇上皮高表達脂代謝相關基因，這種差異可能是由于飲食習慣導致的。豬胃竇上皮類器官bulk RNA-seq數據也確認這一發(fā)現，進一步的豬胃竇上皮細胞類器官體外實驗結果表明，TNFα能夠特異性地上調T細胞和B細胞活化相關基因，這些結果表明，正常生理狀態(tài)下豬胃竇上皮細胞具有強免疫能力，可能與其復雜飲食習慣和居住環(huán)境有關。
③ 進一步分析人和豬胃竇中的免疫細胞，發(fā)現人胃竇免疫細胞高表達B細胞/T細胞激活和功能相關基因，而豬胃竇顯著高表達B細胞/T細胞細胞增殖相關基因；細胞通訊分析結果顯示，人胃竇中上皮細胞和基質細胞間高表達或特異性表達免疫細胞產生、成熟、維持和功能相關受配體對，而豬中主要是與上皮細胞生長分化、抗炎癥和抗菌、免疫細胞增殖相關。
圖10-scRNA-seq分析揭示了人、豬大鼠和小鼠胃竇細胞組成及基因表達譜
基礎圖譜
12.豬器官全景單細胞圖譜
英文標題：Endothelial cell heterogeneity and microglia regulons revealed by a pig cell landscape at single-cell level
發(fā)表期刊：Nature Communications
影響因子：14.7
發(fā)布時間：2022-06
DOI：10.1038/s41467-022-31388-z
實驗設計時空部分：
單細胞轉錄組，6個月大豬，肝（n=1），血液PBMC（n=1），視網膜（n=1），脾臟（n=1），腸道（n=1），肺（n=1），脂肪組織（n=2）。
單細胞核轉錄組，6個月大豬，腦（n=9），視網膜（n=1)，腎臟（n=1），心臟（n=1），脾臟（n=1），肝臟（n=1），肺（n=1）。
研究內容總結：
① 使用單細胞轉錄組測序及單細胞核轉錄組測序，構建首個家豬多器官單細胞圖譜，得到234種降維聚類簇，鑒定出58種細胞類型及其相關的顯著富集標志基因，搭建了可視化家豬單細胞轉錄組數據庫（Pig Single Cell Atlas Database）。
② 對血管內皮細胞數據進一步分析，鑒定出21種具有特異表達特征和功能的血管內皮細胞類型，包括脂肪組織中依賴于TGF-b2信號通路內皮-間充質轉化亞型；人/豬肝臟、腎臟和心臟組織中，內皮細胞主要通過VEGF、PDGF，TGF-β和BMP通路與其他細胞類型互作，但不同細胞類型的互作通路有差異，例如豬內皮細胞可與肝臟免疫細胞、心臟所有細胞細胞類型通過PDGF交流，但在腎臟中可通過PDGF通路與內皮細胞交流的僅有足細胞?？傊?，這些結果表明家豬單細胞圖譜為研究豬或人組織中細胞間互作提供了有參考價值的基礎數據。
③ 對家豬、人、小鼠、猴、倉鼠、栗鼠、鼴鼠等13個物種的大腦小膠質細胞單細胞轉錄組數據進行分析，發(fā)現1590個保守的轉錄組因子（TF）靶向對，其中MEF2C、SPI1、IRF8、ZFP36L1在13個物種的小膠質細胞中均高表達，這些結果表明家豬單細胞圖譜為研究不同物種小膠質細胞保守和差異的遺傳調控網絡提供了基礎數據，對未來腦小膠質細胞功能研究發(fā)展具有重要意義。
圖11-豬20種組織單細胞圖譜
從以上文章可以看到，豬相關研究除了養(yǎng)殖、繁育、品種優(yōu)化、營養(yǎng)學、表型性狀、遺傳演化等方面，生殖、發(fā)育、衰老、損傷與修復、異種移植、神經學等方向研究成果也具有較高參考和轉化價值。未來，可能會出現豬睪丸、胚胎發(fā)育、心血管組織、腦組織、疾病模型、異種移植/同種異體移植、鼻嗅覺、舌味覺、免疫系統(tǒng)等方向的研究成果。
Ps：關注時空組學在豬領域研究請聯(lián)系當地業(yè)務經理獲取原文~
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12. Wang F, et al. Endothelial cell heterogeneity and microglia regulons revealed by a pig cell landscape at single-cell level. Nat Commun. 2022 Jun 24;13(1):3620.
]]>近年來，光合作用作為植物生命活動的核心環(huán)節(jié)，與糧食安全、能源開發(fā)及氣候變化等全球性挑戰(zhàn)密切相關，備受科學界和行業(yè)的高度關注。時空組學技術是近年來比較火熱的技術之一，在植物領域的應用廣泛且深入，該技術通過同時獲取細胞的空間位置信息和基因表達數據，為理解植物組織生長發(fā)育、生理生化、抗逆應激、生物進化等多個方面提供了重要的研究手段。
于是，我問DeepSeek：植物如何利用時空組學進行光合作用研究？
植物利用時空組學（Spatio-Temporomics）研究光合作用，主要通過整合空間組學（空間分辨的分子數據）和時間組學（動態(tài)變化的分子數據），揭示光合作用相關基因、蛋白質、代謝物等在時間和空間上的協(xié)同調控機制。以下是具體研究方向和技術的應用：1.空間組學解析光合作用的細胞/組織異質性
- 空間轉錄組學：
利用單細胞或空間分辨轉錄組技術（如10x Genomics Visium、MERFISH），定位光合作用相關基因（如編碼光系統(tǒng)蛋白的基因、卡爾文循環(huán)酶基因）在葉片不同細胞類型（葉肉細胞、維管束鞘細胞）或不同組織區(qū)域的表達差異。例如，C4植物中光合基因在葉肉細胞和維管束鞘細胞中的空間特異性表達。
- 空間蛋白質組學：
通過質譜成像（MALDI-MSI）或熒光標記技術，研究光合作用關鍵蛋白（如Rubisco、PSII復合體）在葉綠體基質、類囊體膜等亞細胞結構中的分布，以及光強變化對蛋白定位的影響。
- 空間代謝組學：
分析光合中間產物（如ATP、NADPH、蔗糖）在葉片不同區(qū)域的動態(tài)積累，揭示光合同化產物（如淀粉、糖）的運輸與分配機制。
2.時間組學揭示光合作用的動態(tài)調控
- 晝夜節(jié)律與光響應：
通過時間序列轉錄組、蛋白質組數據，研究光合作用基因（如LHCB、PIFs）在晝夜周期中的表達波動，以及光信號（如紅光、藍光）如何通過生物鐘調控光合效率。
- 發(fā)育階段動態(tài)：
比較幼苗、成熟葉、衰老葉中光合相關基因的時序表達模式，揭示葉綠體發(fā)育（如原質體分化）和衰老過程中光合能力的動態(tài)變化。
- 環(huán)境脅迫響應：
分析高溫、干旱或高光脅迫下，植物光合作用相關基因和代謝物的短期（分鐘級）和長期（數天）響應，例如光保護機制（非光化學淬滅，NPQ）的動態(tài)調控。
3.時空整合解析光合作用的協(xié)同網絡
- 多組學整合：
結合空間轉錄組、蛋白質組和代謝組數據，構建光合作用基因-酶-代謝物的時空調控網絡。例如，光合同化產物（如蔗糖）的輸出如何與維管組織發(fā)育相關聯(lián)。
- 細胞間通訊研究：
利用空間組學數據，分析葉肉細胞與維管束鞘細胞之間的代謝物交換（如C4植物的CO2濃縮機制），或共生微生物（如固氮菌）如何影響宿主光合作用。
- 3D時空建模：
通過計算模型模擬葉片中光梯度、CO2擴散與光合基因表達的空間耦合關系，預測最優(yōu)光合效率的葉片結構。
4.應用場景與案例
- C3與C4植物比較：
時空組學可揭示C4植物光合細胞分工（Kranz結構）的進化機制，例如PEP羧化酶在維管束鞘細胞中的特異性表達。
- 作物改良：
通過篩選光合效率時空差異的基因（如調控氣孔開閉的基因），設計高光效作物品種。
- 極端環(huán)境適應：
研究荒漠植物（如仙人掌）如何在干旱條件下時空調控光合相關基因，減少水分流失。
5.技術挑戰(zhàn)與未來方向
- 技術限制：
當前空間組學分辨率（單細胞/亞細胞級別）和通量仍需提升，尤其是葉綠體內分子動態(tài)的實時監(jiān)測。
- C3與C4植物比較：
跨尺度（分子-細胞-組織）和多組學數據的整合分析需要更強大的算法支持。
- 活體動態(tài)監(jiān)測：
開發(fā)非侵入式成像技術（如熒光報告系統(tǒng)），實時追蹤光合作用相關分子的時空動態(tài)。
DeepSeek提到的當前空間組學分辨率（單細胞/亞細胞級別）和通量的限制，百邁客生物已經進行了優(yōu)化提升，推出了百創(chuàng)S3000空間轉錄組芯片（捕獲區(qū)面積：6.8*6.8mm2，相鄰兩個捕獲位點的中心距為3.5μm）。該芯片具有高基因捕獲效率，搭配植物多尺度細胞分割技術，部分植物組織單個細胞中位基因數可達1000+，基因捕獲能力媲美單細胞測序。
關于應用方向場景案例，DeepSeek究竟說的對不對？
我們還需要結合已發(fā)表的文獻看一看，于是小編又下載盤點了7篇植物光合作用方向的時空組學文章，這些成果發(fā)表期刊有Nature(IF=50.5)與預印本系統(tǒng)bioRxiv。研究的物種涉及水稻、高粱、玉米、狗尾草、黍、冰葉日中花、Urochloa fusca、堇娘芥等，涉及組織部位主要是幼苗葉片、葉原基等。
接下來，我們一起來看看植物光合作用方向的時空組學應用進展吧！
1.祖先細胞身份網絡的擴展驅動C4光合作用的進化
英文標題：Exaptation of ancestral cell-identity networks enables C4?photosynthesis發(fā)表期刊：Nature
影響因子：50.5
物種樣本：水稻（Oryza sativa，C3植物）、高粱（Sorghum bicolor，C4植物）
測序策略：單細胞核RNA測序、單細胞核多組學測序、高分辨率sci-RNA-seq3技術
DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08204-3
發(fā)表時間：2024.11.20
取樣策略：
單細胞核轉錄組：水稻和高粱幼苗暗生長5天后，在光周期（12h光/12h暗）中采集0h（暗）、0.5h、1h、2h、4h、6h、8h、12h、48h共9個時間點的地上組織?？傆嬎?90,569個核、高粱265,701個核。
圖1-水稻和高粱單細胞測序取樣過程示意圖
① 地球上大多數高產植物通過C4途徑進行光合作用，相較于原始的C3途徑，C4途徑的光合效率提高了50%。維管束鞘細胞在激活光合作用中扮演了關鍵角色。然而，維管束鞘細胞如何執(zhí)行光合調控功能尚不明確。
② 該研究通過單細胞RNA測序(sc-RNAseq)和單細胞轉座酶可及性染色質測序(sc-ATACseq)，揭示了C4葉片中維管束鞘細胞基因表達的變化與C3葉片中已知的順式調控元件相關。研究發(fā)現，在C3植物水稻和C4植物高粱中，DOF motif在維管束鞘細胞中定位，并能調控光合作用的發(fā)展。在高粱中，大多數受光合作用調控的高表達基因都受到DOF motif的調控。這些轉錄因子在不同細胞間穩(wěn)定表達，并能在C3和C4植物葉片的維管束鞘細胞中激活光合作用。
③ 該研究結果為理解復雜的C4途徑進化提供了分子層面的見解，并為指導C3和C4作物的生長發(fā)育提供了理論基礎。
圖2-水稻和高粱幼苗去黃化過程中單細胞核的基因表達和染色質可及性
2.禾本科植物單細胞分辨率下C3與C4光合作用順式調控基礎研究
英文標題：Investigating the cis-Regulatory Basis of?C3?and?C4?Photosynthesis in Grasses at Single-Cell Resolution發(fā)表期刊：bioRxiv
物種樣本：C4植物：玉米（Zea mays，NADP-ME型）、高粱（Sorghum bicolor，NADP-ME型）、黍（Panicum miliaceum，NAD-ME型）、Browntop Signalgrass（Urochloa fusca，PEPCK型）；對照C3植物：水稻（Oryza sativa）
測序策略：sciATAC-seq
DOI：https://doi.org/10.1101/2024.01.05.574340
發(fā)布時間：2024.01.05
取樣策略：
發(fā)育階段：C4物種取第三葉展開期葉片，C3水稻取18天齡葉片；
技術重復：每個物種設置生物學重復，總計玉米16,060核、高粱15,301核、黍7,081核、Browntop Signalgrass共19,110核、水稻5,952核。
① 盡管關于C4光合作用關鍵酶的研究已經有了相當多的認識，但對于在特定細胞類型中指定其表達的重要順式調控機制（cis-regulation）的了解卻少之又少。
② 該研究使用單細胞sci-ATAC-seq來鑒定與C4酶相關的特異細胞類型的可及染色質區(qū)域（ACRs），研究涵蓋了五種不同的禾本科植物，包括四種C4植物和一種C3植物。其中，C4植物分屬三種不同的光合亞型：玉米（Zea mays）和高粱（Sorghum bicolor）屬于NADP-ME亞型；黍（Panicum miliaceum）屬于NAD-ME亞型；Urochloa fusca屬于PEPCK亞型；C3植物水稻（Oryza sativa）
③ 該研究繪制了所有C4植物中必需酶和各C4亞型特有酶的cis-調控圖譜，并使用染色質可及性數據測量C4酶的特定細胞類型偏好。將這些數據與系統(tǒng)發(fā)育學相結合，揭示了物種間基因家族成員的多樣化共選擇，展示了C4進化的不同路徑。除了啟動子近端ACRs，研究發(fā)現C4基因平均每個都有兩到三個遠端特異性細胞類型的ACRs，這突出了C4進化的復雜性和多樣性。在研究這些特異性細胞類型ACRs的進化歷史時，發(fā)現即使在密切相關的物種中，也存在從保守到新穎的ACRs光譜，表明這些C4位點的順式調控正在持續(xù)進化。
④ 該研究揭示了C4光合作用關鍵基因位點的順式調控進化動態(tài)和復雜性，尤其強調了這些位點的精細化順式調控進化。研究成果為未來進一步探索提供了重要資源，可能有助于在氣候變化條件下優(yōu)化C3作物的性能。
圖3-在單細胞分辨率下對不同作物的細胞類型注釋
3.單細胞分辨率下冰葉日中花CAM誘導的葉肉特異性晝夜動態(tài)
英文標題：Mesophyll-Specific Circadian Dynamics of CAM Induction in the Ice Plant Unveiled by Single-Cell Transcriptomics發(fā)表期刊：bioRxiv
物種樣本：冰葉日中花（Mesembryanthemum crystallinum，兼性CAM植物）
測序策略：單細胞核RNA測序、Iso-Seq全長轉錄組測序、基因組組裝
DOI：https://doi.org/10.1101/2024.01.05.574430
發(fā)布時間：2024.01.05
取樣策略：
處理條件：鹽脅迫組：5周齡植株經0.5M NaCl處理8天；
對照組：正常灌溉植株；
時間點：光周期（12h光/12h暗）中采集黎明（Dawn）和黃昏（Dusk）樣本，鹽處理組與對照組各取2個時間點，共4組樣本的葉片；
單細胞核測序：共獲取17,994個高質量核，注釋17個細胞簇，覆蓋葉肉（海綿/柵欄）、表皮、保衛(wèi)細胞、木質部、韌皮部等
① 景天酸代謝（Crassulacean acid metabolism, CAM）是C3光合作用二氧化碳固定途徑的一個進化改良形式，大約有7%的陸生植物通過這種方式適應干旱環(huán)境?？烧T導型CAM植物，例如冰葉日中花（Mesembryanthemum crystallinum，普通冰草），擁有一種獨特的能力，能夠在高鹽度和水分不足的脅迫下從C3光合作用切換到CAM光合作用。
② 該研究通過單核RNA測序（snRNA-seq），結合一個全新高質量組裝和注釋的基因組，對冰草從C3到CAM的環(huán)境誘導轉變進行了表征，以識別其潛在的調控因子。針對在黎明和黃昏采集的冰草葉片在C3和CAM切換過程中單核RNA測序數據的分析，揭示了在CAM誘導初期葉肉細胞中存在顯著的轉錄變化。
③ 值得注意的是，該研究發(fā)現標明了黃昏時參與CAM或C3光合作用的不同葉肉亞細胞類型。細胞軌跡推斷分析重建了全天候（24小時）的CAM和C3周期，直接比較了兩條途徑中的基因表達譜。這項對比研究揭示了CAM和C3細胞軌跡中關鍵晝夜節(jié)律基因的不同表達模式，表明晝夜節(jié)律調控與CAM的誘導之間存在聯(lián)系。
圖4-所有四個snRNAseq數據集的UMAP聚類
4.植物細胞類型特異性順式調節(jié)元件的進化
英文標題：Evolution of plant cell-type-specific?cis-regulatory elements發(fā)表期刊：bioRxiv
物種樣本：核心物種：水稻（Oryza sativa，C3植物）
比較物種：玉米（Zea mays）、高粱（Sorghum bicolor）、黍（Panicum miliaceum）、Urochloa fusca
測序策略：單細胞ATAC測序、空間轉錄組學（Slide-Seq V2）、Iso-Seq全長轉錄組測序
DOI：https://doi.org/10.1101/2024.01.08.574753
發(fā)布時間：2024.01.08
取樣策略：
單細胞ATAC測序：水稻：葉、根、種子、穗等9個器官；發(fā)育階段：葉原基（P3-P6）、成熟葉（V4階段）；其他物種：玉米、高粱、黍、Browntop Signalgrass
空間轉錄組：水稻根
① Cis調控元件（Cis-regulatory elements, CREs）在基因表達調控中至關重要，但其進化機制的理解仍然具有挑戰(zhàn)性。
② 該研究構建了一個全面的水稻（Oryza sativa）染色質可及性單細胞圖譜，整合了來自103,911個細胞核、代表126種離散細胞狀態(tài)的九個不同器官的數據。通過比較基因組學，分析了水稻與另外四種禾本科植物（玉米?Zea mays、高粱?Sorghum bicolor、黍?Panicum miliaceum?和?Urochloa fusca）中57,552個細胞核的細胞類型分辨染色質可及性之間的差異。
③ 研究發(fā)現，可及染色質區(qū)域（Accessible Chromatin Regions, ACRs）的保守性水平因細胞類型特異性程度的不同而有所區(qū)別。還發(fā)現ACRs、保守的非編碼序列、細胞類型特異性、保守性和組織特異性切換之間存在復雜關系。此外，該研究發(fā)現表皮ACRs相比于其他細胞類型的ACRs保守性較低，這可能表明這些物種的L1來源的表皮層經歷了更快速的調控進化。最后，研究人員鑒定并表征了一組與抑制性組蛋白修飾H3K27me3重疊的保守ACRs，這表明它們可能是由進化保留下來的類沉默子CREs。
④ 總體而言，這種比較基因組學方法揭示了植物細胞類型特異性CRE進化的動態(tài)特征。
圖5-利用scATAC-seq數據鑒定水稻的細胞類型和表征ACRs
5.玉米葉原基單細胞轉錄組圖譜揭示Kranz解剖結構調控機制
英文標題：Single-cell?resolved?differentiation?of?pre-Kranz?anatomy?in?maize?leaf?primordia發(fā)表期刊：bioRxiv
物種樣本：玉米（Zea mays?B73）、水稻（Oryza sativa Nipponbare）
測序策略：單細胞核轉錄組、bulk-RNA seq
DOI：https://doi.org/10.1101/2024.07.10.602848
發(fā)布時間：2024.07.14
取樣策略：
從玉米葉原基：P3-P6原基分段取樣（M3tip、M3middle、M3base；M2top、M2base）、3-4 mm P4原基單細胞核分離；水稻葉片原基：5 mm原基分段取樣（R3tip、R3middle、R3base）
① 典型的C4植物如玉米，具有高度優(yōu)化的Kranz型葉片結構，其中特定的花環(huán)狀結構由圍繞葉脈緊密排列的葉肉細胞和維管束鞘細胞組成。
② 該研究區(qū)分了早期葉原基中維管發(fā)育的活躍區(qū)域，并通過分段的玉米和水稻葉原基的比較轉錄組學分析，識別出可能參與早期Kranz發(fā)育的基因群。利用單細胞核RNA測序（snRNA-seq），進一步探討了單個玉米葉原基中的細胞異質性和發(fā)育軌跡。借助原位雜交技術，識別了mGM和原形成層的細胞簇，候選標記基因顯示出不同但相互關聯(lián)的表達模式。維管標記基因ZmSHR1的定位先于ZmEREB161和ZmEREB114，這兩者在原形成層的起始階段表達。
③ 該研究描繪了從發(fā)展中的玉米原基尖端向下的潛在維管束鞘細胞亞群和不同層次的葉肉細胞。
④ 綜上所述，該研究識別出潛在源自mGM或定位于原形成層的Kranz調控因子，并提供了在亞原基和單細胞分辨率下研究玉米和水稻葉脈發(fā)育的資源。
圖6-玉米P4葉原基的細胞異質性
6.C4草本植物Kranz解剖結構形成過程中預存調控網絡的重編程
英文標題：Comparative spatiotemporal single cell transcriptomes reveal rewiring of pre-existing regulations during emergence of Kranz anatomy in C4?grasses發(fā)表期刊：bioRxiv
物種樣本：玉米（Zea mays）、高粱（Sorghum bicolor）、狗尾草（Setaria viridis）、水稻（Oryza sativa）
測序策略：單細胞核轉錄組、高分辨率空間轉錄組
DOI：https://doi.org/10.1101/2024.10.28.620769
發(fā)布時間：2024.10.28
取樣策略：
單細胞核&空間轉錄組：12日齡玉米幼苗基部莖段葉原基（P3-P6），通過Cellpose 2.0識別細胞壁輪廓，提取14,037個空間單細胞轉錄組
① 世界上許多高產的糧食作物和生物能源作物都采用C4光合作用，這種光合作用通過基于Kranz解剖結構的CO2濃縮機制實現了高光合效率。
② 該研究通過比較轉錄組學的方法，結合玉米（Zea mays）葉原基的單細胞空間轉錄組數據，以及三種C4植物（玉米、高粱、狗尾草）和一種C3植物（水稻）對應葉組織的單細胞RNA測序（scRNA-seq）圖譜，研究了Kranz解剖結構發(fā)育和演化過程中涉及的調控網絡。
③ 研究表明，Kranz解剖結構的形成涉及對現有調控模塊的廣泛招募和改造，特別是SHR-SCR模塊和生長素信號通路。研究還發(fā)現，INDETERMINATE DOMAIN（IDD）家族轉錄因子（如IDD7和IDDP1）在這些模塊的改造中發(fā)揮了重要作用。這種對現有基因調控程序的廣泛招募和改造，是C4光合作用在演化過程中反復出現的基礎機制。
圖7-玉米葉原基的空間轉錄組研究
7.C3-C4中間型十字花科植物維管束鞘細胞在光呼吸穿梭中的功能
英文標題：Single-nuclei sequencing of Moricandia arvensis reveals bundle sheath cell function in the photorespiratory shuttle of?C3-C4?intermediate Brassicaceae發(fā)表期刊：bioRxiv
物種樣本：C3-C4?中間型植物：堇娘芥（Moricandia arvensis）
測序策略：單細胞核轉錄組
DOI：https://doi.org/10.1101/2024.12.02.626447
發(fā)布時間：2024.12.02
取樣策略：
單細胞核轉錄組：取5-6葉期堇娘芥幼苗的第五、第六葉片（距地面5mm處）
公共數據：擬南芥葉片單細胞測序數據
幼年期：0、1、2、3、4周；成年期：6、8、12周；老年期：6月、1年、2年。
① 基因表達的空間限制決定了細胞身份，并且是復雜植物性狀的基礎。在從C3光合作用向更高效的C4光合作用的進化過程中，將甘氨酸脫羧酶反應限制在維管束鞘細胞內，通過光呼吸甘氨酸穿梭啟動了碳濃縮機制。通常認為，這一進化步驟在從祖先的C3光合作用向C4光合作用的過渡中起到了重要作用。執(zhí)行這一穿梭機制的植物通常被稱為C3-C4中間型植物或C2植物。在十字花科（Brassicaceae）家族中，這類植物至少獨立進化了五次。然而，關于十字花科C3-C4中間型植物的生物化學研究僅限于少數關于葉肉細胞與維管束鞘細胞之間差異定位蛋白的案例研究。
② 該研究利用最近在單細胞轉錄組測序方面的進展，更好地理解新的細胞特化如何影響相互關聯(lián)的途徑。研究人員為具有C3-C4中間特征的堇娘芥（Moricandia arvensis）生成了單細胞核RNA測序數據集，并將其與公開可用的C3擬南芥（Arabidopsis thaliana）葉組織的單細胞轉錄組進行了比較，還通過免疫金標記技術結合電子顯微鏡獨立驗證了選定光呼吸蛋白的定位。
③ 該研究分析揭示了與光呼吸甘氨酸脫羧酶反應直接相關的基因表達的變化，同時也包括相關途徑的基因表達轉移，例如銨的同化、特定氨基酸的合成、氧化還原調節(jié)和對M. arvensis維管束鞘的轉運。相比之下，在C4植物中，這些基因的表達并未局限于這一細胞類型。
圖8-堇娘芥葉片單細胞圖譜
根據上述文獻，可以總結出應用時空組學解析植物光合作用機制常用思路的技術路線圖。
自2023年6月，百創(chuàng)時空技術第一篇文章見刊至今19個月內，使用百創(chuàng)時空技術文章累計33篇，在線文章平均影響因子12+，涉及哺乳動物（含人鼠）、水生（淡水及海洋）、禽類、兩棲、林木、作物及蔬菜等26個物種，25個組織類型，涵蓋腫瘤研究、疾病機制、再生、進化、發(fā)育、綜述建議及技術算法等領域。
部分文章展示
1.腫瘤研究
中文題目：整合分子和空間分析揭示原位和侵襲性肢端黑色素瘤的進化動態(tài)和腫瘤免疫相互作用
發(fā)表期刊：Cancer Cell
發(fā)表年份：2024
影響因子：48.8
DOI號：10.1016/j.jhazmat.2025.137375
文章采用技術：BMKMANU S1000、WES、Multi-region sequencing、Bulk RNA seq、10X Chromium、CODEX
樣本類型：人原位黑色素瘤（AMis）和侵襲性黑色素瘤（iAM）的腫瘤組織，相鄰正常皮膚，外周血
文章簡介：
為在空間水平探究 APOE+CD163+ 巨噬細胞亞群與 EMT 腫瘤細胞的互相作用，研究人員利用百創(chuàng)S1000空間轉錄技術對10例 AM 樣本進行了實驗（數據中能夠明確區(qū)分表皮的基底層、棘層、顆粒層以及汗腺和血管，腫瘤區(qū)域高表達黑色素基因MLANA、PMEL、TYPR?和 DCT）。
數據表明（與單細胞數據聯(lián)合分析）C3 亞型的 EMT 腫瘤細胞占比高，并且有 APOE+CD163+ 巨噬細胞的浸潤，巨噬細胞與 EMT 腫瘤細胞具有共定位特征。CellChat 互作分析驗證了 APOE+CD163+ 巨噬細胞的高度受體配體互作，與單細胞轉錄組結果高度一致（APOE+/CD163+ 巨噬細胞是空間中 IGF 通路網絡的發(fā)送者（sender）和影響者（Influencer））。使用空間單細胞蛋白組學對患者腫瘤免疫微環(huán)境進行了深入分析，結果顯示APOE+CD163+ TAM和EMThigh腫瘤細胞存在高度相關的定位，這與空間轉錄組的結果一致。
2.疾病機制
中文題目：單細胞RNA測序研究全氟辛酸誘導的小鼠胚胎著床損傷
發(fā)表期刊：Journal of Hazardous Materials
發(fā)表年份：2025
影響因子：12.2
DOI號：https://doi.org/10.1073/pnas.2310163120
文章采用技術：BMKMANU DG1000、Bulk RNA seq、LC-MS/MS
樣本類型：鼠子宮
文章簡介：
全氟辛酸（PFOA）是一種環(huán)境持久性化學物質，對人類健康構成顯著風險。研究表明PFOA會影響女性生殖，但其對子宮內膜容受性和潛在機制的具體影響尚不清楚。
該研究通過小鼠模型，研究了低劑量PFOA暴露對子宮內膜容受性的影響。結果表明，PFOA暴露顯著損害了子宮內膜容受性，導致胚胎著床率顯著下降。利用單細胞RNA測序技術，研究者全面分析了PFOA破壞子宮內膜上皮細胞功能和發(fā)育的具體機制。值得注意的是，研究者發(fā)現ANGPTL（血管生成素樣）信號通路失調，這一通路對于子宮內膜基質細胞和上皮細胞之間的通信至關重要，最終導致胚胎著床失敗。這些發(fā)現為PFOA的生殖毒性提供了新的見解，并強調了針對環(huán)境污染物相關不孕癥治療干預的潛在靶點。
3.再生研究
中文題目：空間轉錄組測序揭示番茄愈傷組織芽再生的分子機制
發(fā)表期刊：PNAS
發(fā)表年份：2023
影響因子：10.1
DOI號：https://doi.org/10.1073/pnas.2310163120
文章采用技術：BMKMANU S1000、Stereo-seq、10X Visium、10X Chromium
樣本類型：番茄愈傷組織
文章簡介：
該研究首次揭示了番茄愈傷組織內部細胞的異質性，并在單細胞水平上詳細解析了激素信號和重要調控因子在各種細胞和組織中的表達情況。研究結果不僅發(fā)現了表皮和芽原基細胞的亞型和功能，還揭示了綠色組織（chlorenchyma）細胞在芽原基細胞位置和分化發(fā)展中的重要作用，以及光照如何通過促進綠色組織細胞的發(fā)育和激活雷帕霉素靶蛋白TOR來推動芽再生過程。
4.綜述建議
中文題目：系統(tǒng)比較基于測序的空間轉錄組學方法
發(fā)表期刊：Nature Methods
發(fā)表年份：2024
影響因子：36.1
DOI號：?10.1038/s41592-024-02325-3
文章采用技術：BMKMANU S1000、Stereo-seq、Visium、Slide-seq V2、Salus、DynaSpatial、DBiT-seq、PIXEL-seq、Slide-tag、Curio Seeker、HDST、In situ hybridization
樣本類型：小鼠胚胎（眼球）、成年小鼠大腦（海馬）、小鼠嗅球
文章簡介：
空間轉錄組學（sST）技術使得在組織水平上測量基因表達的空間分布成為可能。然而，目前對于不同sST平臺的系統(tǒng)性比較研究還較為缺乏，技術之間的差異和數據集的多樣性給標準化評估指標的制定帶來了挑戰(zhàn)。
該研究建立了一套具有明確組織學結構的參考組織和區(qū)域，并利用這些參考組織生成數據，比較了11種sST方法。研究發(fā)現，分子擴散是不同方法和組織之間的變量參數，顯著影響有效分辨率。
此外，空間轉錄組數據展示了單細胞數據所不具備的獨特屬性，例如增強捕獲模式化稀有細胞狀態(tài)及其特定標記物的能力，盡管這種能力受到測序深度和分辨率等多種因素的影響。該研究為生物學家選擇sST平臺提供了指導，有助于促進評估標準的共識形成，并為未來基準測試工作建立框架，可作為開發(fā)和評估空間轉錄組分析計算工具的黃金標準。
5.發(fā)育研究
中文題目：組織學和單細胞核轉錄組分析揭示玉米莖葉枕發(fā)育中韌皮纖維細胞的特化功能和調控葉片角度的關鍵因子
發(fā)表期刊：Molecular Plant
發(fā)表年份：2024
影響因子：27.5
DOI號：10.1016/j.molp.2024.05.001
文章采用技術：BMKMANU DG1000、Bulk RNA seq、Chip-seq、RNA原位雜交、CRISPR/Cas9
樣本類型：玉米莖葉
文章簡介：
葉片角度（Leaf Angle, LA）是影響玉米種植密度和產量的關鍵因素。然而，調控葉片角度形成的機制尚不清楚。該研究通過對不同玉米自交系的莖葉枕區(qū)域進行比較組織學分析，發(fā)現葉片角度大小顯著受到莖葉枕上表皮韌皮纖維細胞（SC）的初始伸長和隨后的木質化的影響。通過批量和單細胞核RNA測序，生成了莖葉枕區(qū)域的全面轉錄組圖譜，并鑒定了許多可能影響其特化為SC的下皮細胞富集基因。
此外，研究者功能驗證了兩個編碼非典型bHLH轉錄因子的基因bHLH30及其同源基因bHLH155，它們在伸長的上表皮細胞中高表達。遺傳分析表明，bHLH30和bHLH155正向調控葉片角度的擴張，分子實驗表明它們能夠激活細胞伸長和SC木質化相關基因的轉錄。這些發(fā)現突出了莖葉枕上表皮SC在通過限制莖葉枕細胞的進一步延伸和增強機械強度來調控葉片角度方面的特化功能。莖葉枕區(qū)域的單細胞核轉錄組圖譜不僅加深了研究者對葉片角度調控的理解，還為現代玉米育種中優(yōu)化植物結構提供了許多潛在靶點。
6.技術算法
中文題目：利用基于膜的邊界定義和提高單細胞分辨率來提高空間轉錄組學
發(fā)表期刊：Small Methods
發(fā)表年份：2025
影響因子：15.36
DOI號：?10.1002/smtd.202401056
文章采用技術：BMKMANU S1000、Stereo-seq、scRNA-seq
樣本類型：小鼠（腦、腸和肝），球墨西哥鈍口螈（腦、腸和肝）
文章簡介：
準確界定細胞邊界是空間轉錄組學（Spatial Transcriptomics, ST）的技術難題。目前常用的方法是基于細胞核染色或數學推導，這些方法要么排除了細胞質，要么只能確定假設性的邊界。
該研究提出了一種新的細胞邊界定義方法：利用基因編碼的熒光蛋白對細胞膜進行標記，從而能夠在組織切片上精確定位細胞內的測序位點和轉錄本。與基于細胞核的方法相比，這種基于細胞膜的方法顯著增加了捕獲的基因數量，小鼠和墨西哥鈍口螈肝臟中基因數量分別增加了67%和119%。
此外，該方法獲得的表達譜與單細胞 RNA 測序（scRNA-seq）數據更為一致，顯示出更合理的聚類和明顯的細胞類型特異性標記。該方法還提高了單細胞分辨率，能夠更好地識別稀有細胞類型并詳細解析墨西哥鈍口螈大腦和腸的空間域。除了常規(guī)細胞外，該方法還能夠準確識別小鼠肝臟中的多核細胞和無核細胞，展示了其分析復雜組織和器官的能力，這是以往方法無法實現的。該研究為改善空間轉錄組學提供了一種強大的工具，具有廣泛應用于生物學和醫(yī)學科學的潛力。
7.進化研究
中文題目：追蹤空氣鳳梨從陸地到空中生態(tài)位的進化和遺傳足跡
發(fā)表期刊：Nature Communications
發(fā)表年份：2024
影響因子：14.919
DOI號：10.1038/s41467-024-53756-7
文章采用技術：BMKMANU S1000、Stereo-seq、SMART-seq、16S rRNA測序、全基因組重測序、基因組組裝
樣本類型：空氣鳳梨亞科植物
文章簡介：
該研究以鳳梨科的空氣鳳梨亞科為模型植物，探索其起源、進化和多樣性。通過基于核轉錄組序列的系統(tǒng)發(fā)育樹分析，發(fā)現核心空氣鳳梨起源于約1130萬年前的安第斯山脈。安第斯山脈的地質抬升推動了空氣鳳梨向儲水型和空氣型的分化?；蚪M和轉錄組分析揭示了與儲水型和吸收性毛狀體等適應性特征相關的基因變異和丟失。此外，研究還發(fā)現了空氣鳳梨葉表皮中特定的固氮細菌群落，可能是其獲取氮素的潛在來源。該研究為理解空氣鳳梨對空中生態(tài)位的適應性進化提供了多組學視角。
在短短19個月間，百創(chuàng)時空技術已在科研領域綻放出耀眼光芒，見刊文章數量穩(wěn)步增長，影響因子成績斐然，研究范圍橫跨多物種與多組織類型，領域覆蓋更是廣泛而深入。這不僅是對百創(chuàng)時空技術先進性與實用性的有力證明，也為眾多科研工作者開辟了新的研究路徑。未來，百創(chuàng)時空技術會持續(xù)創(chuàng)新突破，在更多未知領域開疆拓土，助力科研成果不斷涌現，為推動生命科學進步與技術革新貢獻更為強大的力量！?
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文章標題：Spatiotemporal dynamics of early oogenesis in pigs
期刊名稱：Genome Biology
影響因子：10.1
合作單位：青島農業(yè)大學
發(fā)表日期：2025.01.02
研究方法：單細胞轉錄組（10x Chromium）、空間轉錄組（10x Visium）、高分辨率空間轉錄組（BMKMANU S1000）、免疫熒光
百邁客生物為該研究中的E65胚胎卵巢提供了BMKMANU S1000空間轉錄組技術服務。
研究背景
在發(fā)育中的哺乳動物卵巢中，卵泡的位置對其生物學功能具有重要影響。休眠卵泡主要位于卵巢皮質外部，對雌性生育周期長短具有重要影響，而生長卵泡則位于髓質區(qū)域，對雌性生育的起始至關重要。然而，目前對胚胎階段卵巢微環(huán)境形成機制的理解尚不深入，這主要是由于該過程發(fā)生在胚胎期，涉及多種異質細胞類型的協(xié)同作用。
在小鼠中，原始生殖細胞從外胚層遷移到生殖脊并在性腺中增殖，隨后在特定時間點沿前后軸異步啟動減數分裂。最近的研究顯示，這一過程與經典的維甲酸信號無關，而是通過TEX14形成細胞間橋來實現。這些發(fā)現強調了生殖細胞微環(huán)境在決定其發(fā)育命運中的關鍵作用。
目前對卵巢發(fā)育中卵母細胞的研究主要集中在基因表達上，但對卵母細胞在卵泡發(fā)生過程中的細微空間定位及主要體細胞類型的空間動力學特征了解有限。通過空間轉錄組學和單細胞RNA測序技術，該研究揭示了豬早期卵巢發(fā)育中的皮質-髓質梯度，并發(fā)現人豬之間卵母細胞空間定位的保守性，進一步強調了卵巢微環(huán)境在決定卵母細胞命運中的重要作用。
材料方法
研究材料：通過人工授精培育妊娠豬（三元雜交：Landrace、Large White和Duroc），分別在受精后45、55、65和75天采集胚胎階段的豬卵巢樣本。
研究方法：scRNA-seq（E45、E55、E65、E75胚胎卵巢，共計18,956個高質量細胞，10x Genomics Chromium）；空間轉錄組（E45、E55、E65、E75胚胎卵巢，10x Visium；E65胚胎卵巢，BMKMANU S1000）
分析方法：空間轉錄組解卷積（Cell2location）；RNA速度分析（Velocyto和scVelo）；單細胞軌跡推斷（Cellrank）；同源基因轉化（biomaRt）；細胞通訊分析（CellphoneDB、biomaRt、ktplots）；蛋白互作分析；GO富集分析；基因模塊分析（Hotspot）
驗證實驗：免疫熒光；圖像分析和定量分析；Western blotting；卵巢組織體外培養(yǎng)
研究結果
1.豬早期卵子發(fā)生的單細胞圖譜的構建
為了深入揭示豬卵巢早期卵子發(fā)生的時空發(fā)育特征，研究者將單細胞RNA測序（scRNA-seq）與10× Visium空間轉錄組（ST）技術相結合，對豬卵巢發(fā)育過程中的細胞空間屬性進行了系統(tǒng)分析。4個發(fā)育時間點（E45、E55、E65和E75；scRNA-seq各包括2個胚胎；ST：E45、E55、E65各包括2個胚胎，E75，1個胚胎），其中包括早期卵子發(fā)生的各階段。保留了18,956個高質量細胞，共鑒定出17個聚類，包含9種主要細胞類型：生殖細胞、雙潛能前顆粒細胞、上皮前顆粒細胞、性腺間質細胞、平滑肌細胞、內皮細胞、血管周圍細胞、T細胞、巨噬細胞。
圖1-發(fā)育中的豬卵巢的scRNA-seq
2.豬卵巢空間轉錄組的細胞類型解卷積
為了揭示卵巢發(fā)育過程中不同細胞類型的空間動態(tài)變化，研究者進行了細胞類型的解卷積分析。盡管scRNA-seq技術為剖析復雜組織中的細胞異質性提供了有力工具，但它缺乏細胞的空間位置信息。因此，研究者采用10× Visium空間轉錄組（ST）技術進行測序，以更好地展現豬卵巢發(fā)育過程中不同細胞類型的空間動態(tài)變化。研究者首先對ST數據進行了質量評估，確保數據質量符合分析要求。隨后，利用scRNA-seq數據作為參考，通過Cell2location算法對ST數據進行了細胞類型的解卷積，實現了細胞類型的高分辨率定位。
通過解卷積分析，研究者發(fā)現在E45和E55階段，細胞類型的空間分布相對較為“隨機”。然而，隨著發(fā)育進展到E65階段，研究者觀察到了一個明顯的空間分布模式：生殖細胞在E45-E55階段隨機分布在豬卵巢中，而在E65-E75階段則主要定位于皮層區(qū)域，僅有少量位于髓質區(qū)域。對于前顆粒細胞群，我們觀察到了兩種具有不同空間定位模式的細胞類型：BPG細胞在E55之前隨機分布，并逐漸在E75時集中于髓質區(qū)域；而EPG細胞則在整個發(fā)育過程中始終位于卵巢表面。
為進一步驗證分析結果，研究者進行了全組織染色實驗，使用生殖細胞標志物DDX4和前顆粒細胞標志物KRT19對E45至E75的胎兒卵巢進行染色，實驗結果與ST數據分析結果一致。此外，研究者還分析了這些陽性細胞在卵巢背腹軸上的空間分布，并通過熒光強度分析確認了生殖細胞和前顆粒細胞在皮層和髓質區(qū)域的不同分布模式。這些發(fā)現為深入理解豬卵巢發(fā)育過程中細胞類型的空間動態(tài)變化提供了重要線索。
圖2-基于scRNA-seq數據使用Cell2location的ST的解卷積
3.空間尺度解析精細尺度豬生殖細胞發(fā)育軌跡
為了深入理解生殖細胞在空間環(huán)境中的發(fā)育過程，研究者提取了生殖細胞進行重新聚類。通過對生殖細胞群的精細分析，研究者發(fā)現了五個對應的細胞簇，分別是有絲分裂生殖細胞（FGC_mitotic）、表達MECOM和ATM的前減數生殖細胞（Oogonia_STRA8）、表達SYCP1和DMC1的減數分裂生殖細胞（Oogonia_meiotic）、表達FIGLA和NANOS1的早期卵母細胞（Pre_oocyte）以及表達ZP4和ZP3的卵母細胞（Oocyte）。
為了深入了解早期豬卵母細胞生成過程中模塊基因的功能富集情況，研究人員采用Hotspot算法，利用生殖細胞的scRNA-seq數據識別了相關基因模塊，共鑒定出11個功能各異的基因模塊。通過將單個模塊投影到UMAP圖中，確定了具有簇特異性的信息性基因模塊。剖析了早期豬卵母細胞生成過程中的基因表達譜后，研究人員進一步在空間環(huán)境中研究了這一過程。通過對ST芯片上的生殖細胞進行解卷積，揭示了早期卵母細胞生成的皮質-髓質梯度。為了驗證上述分析，研究人員使用生殖細胞標記DDX4和減數分裂生殖細胞細線期標記γH2AX進行了全組織染色實驗，以定位在不同階段啟動減數程序的生殖細胞。評估了C-M軸的熒光強度后發(fā)現在E45和E55卵巢中，γH2AX信號沿C-M軸的水平相似，而在E65至E75卵巢中，γH2AX信號在內皮層達到峰值，在髓質區(qū)域則減少。
圖3-使用空間轉錄組技術（ST）對生殖細胞空間位置模式的特征化
為了進一步驗證分析，研究人員還在同一E65卵巢組織上使用了更高分辨率（BMKMANU S1000；Spot點大小約為10微米）的平臺進行了ST測序。結果與E65時的Visium ST解卷積一致，使用S1000平臺在E65時可視化ZP3陽性卵母細胞的空間位置也證實了其在內皮層的表達。
圖4-生殖細胞異質性及空間位置模式的特征描述
綜上所述，研究人員成功地在單細胞分辨率下再現了豬生殖細胞的發(fā)育過程，并闡明了豬卵巢組織中生殖細胞的空間分布模式。
4.跨物種分析揭示了豬與人類之間生殖細胞基因表達程序及空間位置模式的保守性
為了深入理解哺乳動物卵母細胞生成的空間調控機制，研究人員進行了跨物種分析。研究團隊首先獲取了妊娠后19周人類卵巢的空間轉錄組（ST）數據，并將其與豬E65時期的ST數據進行了比較，以分析卵母細胞生成各階段生殖細胞的空間位置模式。與人類情況一致的是，生殖細胞標記DDX4與5mC和5hmC的共染色顯示，在E55和E75豬卵巢中，5mC和5hmC信號在DDX4陽性細胞中不可檢測，且主要在周圍性腺體細胞中表達。這些結果進一步揭示，除了保守的基因表達程序外，人類和豬在早期卵母細胞生成過程中的表觀遺傳重編程模式也是保守的。
為了研究豬和人類早期卵母細胞生成過程中皮質-髓質梯度是否保守，研究人員基于ST數據探索了卵母細胞生成各階段生殖細胞的空間位置模式。對于早期卵母細胞階段的生殖細胞，這些細胞在卵巢內皮質區(qū)域有清晰定位，而在人類中，這些細胞主要位于內皮質和外髓質區(qū)域，且在內皮質區(qū)域豐度更高。到了卵母細胞階段，豬和人類中這些生殖細胞的位置模式相似，主要位于外髓質區(qū)域。通過評估生殖細胞到卵巢表面的相對距離（以卵巢寬度標準化），觀察到豬和人類早期卵母細胞生成過程均顯示出生殖細胞的皮質-髓質梯度定位。這些數據不僅揭示了豬和人類早期卵母細胞生成過程中保守的基因表達程序和表觀遺傳重編程模式，還強調了兩種物種在整個早期卵母細胞生成階段空間動態(tài)的保守性。
圖5-豬與人卵巢ST數據的跨物種比較分析
5.基于空間轉錄組學（ST）技術解析豬卵巢發(fā)育過程中兩種顆粒細胞譜系的時空特性
在發(fā)育中的卵巢中，顆粒細胞與生殖細胞相互作用，形成了卵巢的基本功能單位，即卵泡。因此，研究人員接下來提取了顆粒細胞譜系，并使用UMAP進行了細胞聚類分析，共鑒定出10個細胞簇。分析了潛在時間基因表達動態(tài)和顆粒細胞前體發(fā)育軌跡中wave II型顆粒細胞（PreGC_II）的命運決定。與PreGC_I相比，簇6和7中的基因在PreGC_II命運決定中起關鍵作用，如WNT6、GREM1和SFRP4，這些結果共同強調了WNT信號分子在豬顆粒細胞前體命運決定中的保守作用。此外，ALDH1A2的上調表明，醛脫氫酶家族成員1A2可能在wave II顆粒細胞發(fā)育中發(fā)揮重要作用。
使用空間轉錄組學（ST）技術對wave I型顆粒細胞前體（PreGC_I）和wave II型顆粒細胞前體（PreGC_II）的標志性基因進行了空間定位。結果發(fā)現，LHX9（PreGC_I的標志）和GREM1（PreGC_II的標志）的信號從E45到E75在卵巢中呈現特定的空間分布模式。在E65和E75，GREM1的信號明顯環(huán)繞著DDX4（生殖細胞的標志）的信號，表明卵巢卵泡組裝的早期階段，wave II型顆粒細胞（來源于皮質區(qū)域的顆粒細胞前體）在卵巢卵泡組裝過程中發(fā)揮了關鍵作用。
接下來，研究人員分析了顆粒細胞譜系的空間特性，進行了細胞類型反卷積，并觀察到卵巢表面上皮（OSE）細胞群主要位于豬卵巢的表面，并隨著發(fā)育的進行細胞數量增加。在E45時，I型顆粒細胞前體（PreGC_I）細胞廣泛分布在髓質中，部分位于皮質中；在E65時，觀察到I型顆粒細胞前體（PreGC_I）和II型顆粒細胞前體（PreGC_II）分別呈現出特定的皮質和髓質分布模式。通過免疫熒光分析進一步驗證了這些發(fā)現，上述結果共同揭示了豬卵巢發(fā)育過程中顆粒細胞譜系的空間時間特性。
圖6-使用ST技術表征前顆粒細胞的發(fā)育軌跡及其空間定位模式
6.豬卵巢發(fā)育期間主要體細胞類型的空間特性
除了生殖細胞和顆粒細胞外，研究人員還進一步以更高分辨率分析了GI（間質細胞）和Sm（平滑肌細胞）這兩種體細胞在豬卵巢中的空間分布模式，因為這兩種細胞類型在豬卵巢中顯示出特征性分布，表明它們可能在塑造卵巢微環(huán)境方面發(fā)揮作用，這對早期卵子發(fā)生至關重要。
將GI和Sm的標記基因整合到空間轉錄組學中，觀察到這些體細胞的空間位置隨著從E45到E75的發(fā)育進展而發(fā)生變化。通過RNA速度分析確定的分化譜系細胞和增殖狀態(tài)細胞在E45和E55時的卵巢中隨機分布，而在E65時，觀察到這些細胞在卵巢皮質中呈現出明顯的空間聚集模式，特別是在生殖細胞附近。這些發(fā)現共同揭示了豬卵巢發(fā)育早期體細胞空間位置模式的動態(tài)變化，表明它們在形成對早期卵子發(fā)生至關重要的卵巢微環(huán)境中發(fā)揮潛在作用。
圖7-利用空間轉錄組學（ST）表征類固醇生成細胞譜系的異質性和空間位置模式
7.空間共定位分析揭示了皮質區(qū)和髓質區(qū)存在截然不同的微環(huán)境，強調了其在調控生殖細胞命運中的關鍵作用
在闡明了發(fā)育中的豬卵巢中主要細胞類型的時空特征后，研究人員接下來研究了空間微環(huán)境的變化如何影響發(fā)育中卵巢的細胞命運決定。首先對細胞類型豐度進行了非負矩陣分解（NMF），以研究發(fā)育中卵巢中細胞的空間共定位。NMF分解的應用成功地表征了位于皮質和髓質的生殖細胞niche，并揭示了與不同空間來源的生殖細胞共定位的體細胞。為了全面理解細胞-細胞通信模式的功能性，研究人員使用CellphoneDB進行GO富集分析，識別了不同區(qū)域生殖細胞與體細胞之間的配體-受體（L-R）對，發(fā)現皮質和髓質區(qū)域之間細胞-細胞通信模式的功能富集結果不同。
此外，研究人員觀察到皮質區(qū)域的L-R對顯著富集了NOTCH信號通路，PreGC_ii0和PreGC_ii8表達NOTCH信號介導因子NOTCH2，而其配體DLK1和JAG1則在向減數分裂進程中的生殖細胞中表達，結果表明NOTCH2在豬早期生殖細胞命運決定中發(fā)揮著關鍵作用。在髓質區(qū)域細胞-細胞通信分析揭示了在卵細胞階段的生殖細胞表達了參與原始卵泡組裝的配體，包括BMP4和BDNF，而它們相應的受體，包括BMPR1A、BMPR1B和SORT1，則由PreGC i4和PreGC i7表達。研究人員發(fā)現髓質區(qū)域的體細胞表達了一系列細胞外基質（ECM）蛋白，而皮質區(qū)域則不是這樣，表明ECM蛋白在調節(jié)豬卵母細胞生成中發(fā)揮著關鍵作用。
為了進一步驗證細胞通訊分析，研究人員接下來探討了在使用從E55卵巢皮質和髓質中分離的卵巢組織進行體外條件下，補充NOTCH信號抑制劑DAPT和基質金屬蛋白酶抑制劑多西環(huán)素是否會影響生殖細胞命運。從E55胎兒卵巢中解剖出皮質和髓質組織，將這些組織進行體外培養(yǎng)，并在用DAPT處理10天后觀察到皮質卵巢組織中減數分裂標志物STRA8的表達水平顯著降低，而髓質卵巢組織則沒有這種情況。相反，在用基質金屬蛋白酶抑制劑多西環(huán)素處理10天后，觀察到卵泡形成標志物LHX8的表達水平降低，而在皮質組織中未觀察到可比的影響。綜上所述，這些數據進一步支持了在空間背景下的細胞-細胞通訊分析，并強調了卵巢微環(huán)境在調節(jié)生殖細胞命運中的重要作用。
圖8-卵巢皮質和髓質之間細胞-細胞通訊模式的比較
研究總結
綜上所述，該研究基于單細胞和空間轉錄組測序，深入探討了豬早期卵子發(fā)生過程中的時空基因表達譜和卵巢微環(huán)境的空間組織，以及這些特征在人類中的保守性。這些發(fā)現不僅豐富了我們對豬繁殖性狀形成復雜機制的認識，還為生殖醫(yī)學領域的研究提供了新的視角和方法。
]]>2025年才過去幾天，百創(chuàng)S系列空間轉錄組技術迎來開門紅！本期我們盤點了6篇2025年應用百創(chuàng)S系列空間技術發(fā)表的時空組學文章，這些成果發(fā)表期刊有Journal for ImmunoTherapy of Cancer(IF=10.3)、Genome Biology(IF=10.1)、Industrial Crops and Products、BMC Genomics以及預印本系統(tǒng)bioRxiv。研究的物種涉及人、豬、鱖魚、玉米、蘆葦、榛子等，涉及組織部位主要是腎腫瘤、胚胎卵巢、幽門盲腸、雌穗、雄穗、莖芽、胚珠等。接下來，我們一起來看看2025最新的時空組學文章吧！
一、人腎透明細胞癌時空圖譜
英文標題：Spatial and single-cell transcriptomics reveal cellular heterogeneity and a novel cancer-promoting Treg cell subset in human clear-cell renal cell carcinoma
發(fā)表期刊：Journal for ImmunoTherapy of Cancer
影響因子：10.3
病例樣本：腎透明細胞癌患者
測序策略：單細胞轉錄組、空間轉錄組（BMKMANU S1000細胞分割）
DOI：10.1136/jitc-2024-010183
發(fā)布時間：2025.01.04
百邁客生物為該研究提供了單細胞轉錄組和百創(chuàng)S1000空間轉錄組（細胞分割）技術服務。
取樣策略：
單細胞&空間轉錄組(細胞分割)：腎透明細胞癌患者手術切除腎腫瘤組織（n=4，P1-P4）
流式細胞術、組織化學染色：腎透明細胞癌患者PBMC和手術切除腎腫瘤組織（n=15）
① 透明細胞腎細胞癌（ccRCC）是腎細胞癌（RCC）中最常見的組織學類型。然而，免疫抑制細胞的空間和功能異質性以及它們相互作用促進透明細胞腎細胞癌中免疫抑制的機制尚未得到深入研究。
② 在該研究中，研究人員發(fā)現了之前未報道過的間質細胞和免疫細胞亞群，并以更高的分辨率繪制了它們的空間位置圖。此外，根據六個特征性基因集（包括上皮-間質轉化高表達細胞群、轉移細胞群和近端小管高表達細胞群）去除了批次效應后，驗證了腫瘤細胞群。
③ 重要的是，該研究鑒定出一種特殊的調節(jié)性T細胞（Treg）亞群，該亞群具有終末效應Treg細胞的分子特征，但表達多種細胞因子，如白細胞介素（IL）-1β和IL-18。這組Treg細胞具有更強的免疫抑制功能，且與透明細胞腎細胞癌（ccRCC）隊列的不良預后相關。它們在腫瘤-正常組織交界處與MRC1+FOLR2+腫瘤相關巨噬細胞（TAMs）共定位，形成一個正反饋循環(huán)，維持協(xié)同的致癌作用。此外，研究人員追蹤了IL-1β+Treg細胞的起源，并揭示IL-18可通過ERK/NF-κB途徑誘導Treg細胞中IL-1β的表達。
圖1-腎透明細胞癌（ccRCC）細胞群的整體分析
二、豬早期卵子發(fā)生的時空圖譜
英文標題：Spatiotemporal dynamics of early oogenesis in pigs
發(fā)表期刊：Genome Biology
影響因子：10.1
物種樣本：豬
測序策略：單細胞轉錄組、空間轉錄組（10x Visium、BMKMANU S1000）
DOI：10.1186/s13059-024-03464-8
發(fā)布時間：2025.01.02
百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)S1000空間轉錄組技術服務。
取樣策略：
單細胞轉錄組：豬E45、E55、E65、E75胚胎卵巢（n=2）
空間轉錄組：豬E45、E55、E65、E75胚胎卵巢，10x Visium；E65胚胎卵巢，BMKMANU S1000
① 該研究結合單細胞RNA測序(scRNA-seq)和空間轉錄組學(ST)來理解時空基因表達譜，并探索在豬卵子發(fā)生早期卵巢微環(huán)境的空間組織。將卵子發(fā)生不同階段的生殖細胞簇投射到空間圖譜中，揭示了發(fā)育中的豬卵巢中生殖細胞的“皮質-髓質(C-M)”分布。豬和人之間的跨物種分析揭示了在卵子發(fā)生過程中生殖細胞的保守的C-M分布模式，突出了豬可以作為人類早期卵子發(fā)生過程的理想模型。
② 利用ST進行RNA速度分析，確定了豬卵巢皮質和髓質區(qū)顆粒細胞系的分子特征和空間動力學。空間共定位分析和細胞間通訊分析揭示了皮質和髓質區(qū)域生殖細胞和體細胞之間獨特的細胞-細胞通訊模式。
③ 值得注意的是，卵巢組織的體外培養(yǎng)證實細胞間NOTCH信號傳導和細胞外間質(ECM)蛋白在啟動減數分裂和卵子形成程序中起關鍵作用，突出了卵巢微環(huán)境對于生殖細胞的命運調控起著重要作用。
圖2-基于scRNA-seq數據使用Cell2location的ST的解卷積
圖3-利用S1000平臺對ZP3在E65階段的表達豐度進行精細可視化分析
三、榛子胚珠時空圖譜
英文標題：Obstacles in sugar transportation lead to blank nut formation in hazel (Corylus heterophylla)
發(fā)表期刊：Industrial Crops & Products
影響因子：5.6
物種樣本：榛子
測序策略：空間轉錄組(BMKMANU S1000)
DOI：doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.120365
發(fā)布時間：2025.01.04
百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)S1000空間轉錄組技術服務。
取樣策略：
百創(chuàng)S1000空間轉錄組：兩個野生型榛子，包括一個大的、發(fā)育中的胚珠（WTL）和一個小的、敗育胚珠（WTs），以及一個從空殼榛子種質中分離出來的敗育胚珠。
① 這篇文章研究了榛子栽培中導致產量損失的空殼果形成的潛在分子機制。向結正常果的野生型榛子和結空殼果的空殼果種質（BNG）植株的葉片中引入13C，并比較了這兩種類型植株葉片和果實中的13C豐度。光合作用的13C標記產物被迅速運輸到苞片和果實中，胚珠中的δ13C值高于苞片、外殼和薄壁組織。
② 對正常發(fā)育和敗育胚珠進行空間轉錄組測序，鑒定出可能與胚珠敗育相關的基因。在BNG中，葉片中合成的光合13C產物積累并緩慢向外運輸。BNG的外殼、薄壁組織和胚珠中的δ13C值明顯低于對照組，僅占對照組的1.3%~18.7%。根據每個Spots點基因表達的相似性，研究人員獲得了六個簇，包括476個不同空間區(qū)域的獨特差異表達基因（DEGs）。在這些DEG簇中，只有cluster3的DEG在碳水化合物代謝和運輸相關的生物過程中顯著富集，其中蔗糖合酶（SUS，Cor0134990.1）在這些與碳水化合物代謝相關的DEG中表達豐度最高。
③ 根據序列比對結果的相似性，研究人員在擬南芥中鑒定了四個SUS（Cor0134990.1）突變體，它們的種子大小明顯小于野生型。除了SUS外，研究人員還鑒定了一些可能調節(jié)榛子胚珠發(fā)育的重要基因，為揭示空殼榛子的形成機制提供了新見解。
圖4-高變基因的選擇和Spots聚類
四、全基因組復制在玉米花發(fā)育進化中的時空圖譜
英文標題：Cross-species single-nucleus analysis reveals the potential role of whole-genome duplication in the evolution of maize flower development
發(fā)表期刊：BMC Genomics
影響因子：3.5
物種樣本：玉米、高粱
測序策略：單細胞核轉錄組、空間轉錄組(BMKMANU S1000)
DOI：10.1186/s12864-024-11186-1
發(fā)布時間：2025.01.03
百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)S1000空間轉錄組技術服務。
取樣策略：
單細胞核轉錄組&空間轉錄組：玉米雌穗、雄穗、高粱花序組織
① 在該研究中，研究人員為玉米雌穗、雄穗和高粱花序生成了單細胞核和空間RNA-seq數據。通過結合單細胞核和空間轉錄組數據，研究人員可以追蹤單細胞核簇標記基因的空間表達，并將單細胞核簇映射到空間位置上。這種能力為注釋單細胞核簇提供了強大的支持。
② 將細胞簇解析的轉錄組比較與基因組比對相結合，該研究分析表明，玉米雌穗和雄穗花序的多樣性與玉米特有的全基因組復制事件相關。以高粱作為外類群，很可能是基因表達譜的丟失導致了雄穗和雌穗之間的花序多樣性，從而形成了玉米的單性花結構。此外，雄穗中高表達基因的序列比雌穗中高表達基因的序列更為保守。
圖5-基于空間轉錄組學和標記基因的玉米雌穗和雄穗的細胞聚類與細胞類型鑒定
五、時空圖譜揭示了B染色體在驅動植物入侵中的作用
英文標題：Single-cell and spatial transcriptomics uncover the role of B chromosomes in driving plant invasiveness
發(fā)表期刊：bioRxiv
物種樣本：蘆葦
測序策略：單細胞轉錄組、空間轉錄組(BMKMANU S3000)
DOI：https://doi.org/10.1101/2024.12.31.630906
發(fā)布時間：2025.01.01
百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)S3000空間轉錄組技術服務。
取樣策略：
單細胞轉錄組：非入侵蘆葦組由根狀莖再生的新形成的芽組織EU 60、EU 78、EU 620；入侵蘆葦組由根狀莖再生的新形成的芽組織NAi nt61、NAi nt113、NAi nt191（每組有3個生物學重復）
空間轉錄組：入侵蘆葦組由根狀莖再生的新形成的芽組織NAi nt61（n=2，兩個重復包埋在一起）
① 入侵植物能嚴重破壞本土生物多樣性，但其成功入侵背后的遺傳機制仍不甚明了。迄今為止，僅對少數入侵物種進行了基因組學研究，且尚未應用單細胞水平的研究。
② 該研究探討了普通蘆葦（Phragmites australis）入侵行為的遺傳驅動因素，這是一種原產于歐洲、后被引入北美并成為入侵物種的耐寒草類。通過整合全基因組測序、單細胞轉錄組測序和空間轉錄組測序技術，研究人員構建了普通蘆葦莖系統(tǒng)的綜合單細胞圖譜。UMAP分析在莖系統(tǒng)中鑒定出19個獨特的細胞簇。基因本體（GO）富集分析實現了對關鍵細胞類型的注釋，包括葉肉細胞、表皮細胞、維管束鞘細胞和木質部細胞，以及莖尖分生組織和側生分生組織、腋生分生組織。RNA速度分析揭示了葉肉細胞的多能性，其中第3簇的葉綠組織細胞被確定為能夠分化為各種組織的祖細胞，而第1簇則向通氣組織發(fā)育。
③ 歐洲種群與北美入侵種群之間的比較分析顯示，轉錄活性和基因表達存在顯著差異，尤其是在與莖尖分生組織相關的細胞簇中。入侵種群中B染色體的出現頻率更高，且IMPA-3、SSC3和DDE家族核酸內切酶基因在近所有細胞簇中均顯著上調，尤其是在葉肉細胞和分生組織區(qū)域附近。作為抗性（R）基因主要受體的IMPA-3的快速突變可能增強了北美入侵種群的適應性。這些發(fā)現為理解普通蘆葦入侵性的細胞發(fā)育和基因組多樣性提供了關鍵見解，并為制定生態(tài)管理策略提供了寶貴信息。
圖6-對普通蘆葦芽的組織進行單細胞和空間轉錄組學研究
六、鱖魚感染蛙虹彩病毒后幽門盲囊的時空圖譜
英文標題：Dissection of the Global Responses of Mandarin Fish Pyloric Caecum to An Acute Ranavirus (MRV) Infection Reveals the Formation of Serositis and Then Ascites
發(fā)表期刊：bioRxiv
物種樣本：鱖魚
測序策略：單細胞轉錄組、空間轉錄組(BMKMANU S1000)
DOI：https://doi.org/10.1101/2025.01.02.631049
發(fā)布時間：2025.01.02
百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)S1000空間轉錄組技術服務。
取樣策略：
單細胞轉錄組：接種蛙虹彩病毒（MRV）和PBS 5天后的鱖魚的幽門盲囊組織（n=2）
空間轉錄組：感染蛙虹彩病毒（MRV）的鱖魚的幽門盲囊組織
① 鱖魚蛙病毒（MRV）作為大口黑鱸病毒（LMBV）的一種變體，屬于虹彩病毒科蛙病毒屬的一個獨特成員。急性MRV感染主要影響鱖魚的一個關鍵內臟器官——幽門盲囊，并推測這是導致鱖魚出現嚴重腹水這一特征性外部臨床癥狀的驅動因素。
② 該研究揭示，急性MRV感染最初靶向鱖魚幽門盲囊的漿膜層，并迅速發(fā)展為以漿膜肥厚、纖維化、充血、水腫和組織粘連為特征的纖維素性漿膜炎。通過單細胞RNA測序，研究人員分析了上皮、免疫和間質細胞群的細胞組成，確定了巨噬細胞、粒細胞以及T細胞和自然殺傷細胞作為急性細胞因子和炎癥反應的關鍵介體顯著富集。隨后，有力的實驗證據表明，MRV攻擊特定的T細胞和B細胞免疫細胞亞群以及成纖維細胞、肌成纖維細胞、內皮細胞和周細胞的間質細胞，導致增生性漿膜區(qū)的細胞外基質（ECM）形成、膠原生物合成和血管重塑相關基因和途徑的上調。此外，宿主來源的V型膠原和MRV編碼的膠原均參與肥厚漿膜中ECM的形成。
③ 綜上所述，該研究提供了對鱖魚幽門盲囊對急性MRV感染的全面單細胞分辨率分析，并強調了病毒驅動的漿膜炎是導致鱖魚嚴重腹水的根本原因。
圖7-受感染幽門盲囊單細胞的空間位置