当空间转录组拥有百亿“像素”，领略华大时空STOmics的魅力 | 空间转录组专题

空间转录组是一项从空间层面上分析样本不同位置转录信息的技术。自从2020年被Nature Methods评为年度技术后，空间转录组技术在生物学、医学、农学等领域研究中的应用越来越广泛。

与单细胞转录组不同的是，基于测序的空间转录组为了保留细胞的位置信息，通常会在载体（如玻片）上构建带有空间索引的spot，每个spot都包含一个带条形码的DNA引物，该引物具有唯一性，能够标记spot的位置。将组织切片与载体表面接触，组织中的RNA与引物接触并结合，测序后，即可获得样本不同位置的转录组信息。由此可知，载体上的spot数量与密度将影响到捕获信息的精度。

过往由于技术特点与限制，文献中常见的空间转录组每mm²只有100个spot，结果通常是这样的：

（Wu R et al., 2021）

 或者这样：

（Meylan M et al., 2022）

但你是否能想象，如果空间转录组像相机一样拥有百万乃至百亿“像素”（spot），会是什么样的效果？

比如，这样：

或者这样：

甚至这样：

以上这些图片都是华大时空组学技术Stereo-seq的实测数据结果！

Stereo-seq是一项基于DNA纳米球测序芯片、可实现超高通量和超高精度的全景式时空转录组技术。其以原位测序的光刻蚀刻芯片为基础，实现高分辨率和大视场。

在标准芯片中，spot之间的中心距离为500 nm，每100 μm²即可提供多达400个组织RNA捕获点！每个spot包含标记位置信息的coordinate identity（CID）、唯一分子标识符（UMI）和polyT序列。冷冻组织切片在芯片上经过固定、透化，捕获带polyA尾的RNA，再进行逆转录和扩增、构建文库、测序、分析，即可获得该组织切片的空间转录组信息（图1）。

图1 Stereo-seq pipeline（Step 1，设计阵列芯片；Step 2，确定唯一的空间坐标CID；Step 3，UMI-polyT连接到每个spot以制备捕获探针；Step 4，从组织中原位捕获RNA；Step5，cDNA 扩增、文库构建和测序；Step6，数据分析。Chen A et al., 2022）

得益于极小的spot中心距离，Stereo-seq芯片每mm²具有4百万个spot，10cm*10cm的大芯片则有百亿量级spot！成功实现亚细胞级的分辨率，相比国际同类技术分辨率提升了40,000倍（图2）。

图2 相较于其他方法，Stereo-seq的spot更小（左上）、分辨率更高（右上）、每100 μm²spot数量更多（左下）、捕获区域更大（右下）。（Chen A et al., 2022）

Stereo-seq目前已被成功应用到动物胚胎发育、植物发育、脑科学、肿瘤等多个领域，并助力研究人员在Cell、Science、Nature等顶级学术期刊上发表近30篇文章。

猕猴大脑（Chen A et al., Cell, 2023）

蝾螈端脑（Wei XY et al., Science, 2022）

小鼠胚胎（Chen A et al., Cell, 2022）

大豆根瘤（Liu ZJ et al., Nat Plants, 2023）

相较于其他基于测序的空间转录组学技术，Stereo-seq的最大优势是分辨率极高，大幅度减少了一个spot捕获多个细胞转录信息带来的偏差。

除了视觉上的冲击外，高分辨率一方面使组织中更精细结构的研究成为可能，另一方面基于此的生信分析和生物学故事的串联也能更为准确。

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