厉害！13篇Nature Methods陆续发表！杨辉/纪伟/骆清铭/费鹏/刘飞等开发新的技术/方法，推动生命科学等领域的进步
编者按
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截至2021年8月4日，2021年中国学者在Nature Methods（IF=28.55） 共发表了13项研究成果，iNature系统盘点这些研究成果：
【1】2021年8月2日，西北大学孙士生团队在Nature Methods 在线发表题为”StrucGP: de novo structural sequencing of site-specific N-glycan on glycoproteins using a modularization strategy“的研究论文，该研究描述了一种模块化策略，用于使用串联质谱从头解释完整糖肽上的 N-聚糖结构。该研究还开发了一种名为 StrucGP 的算法来自动化大规模分析的解释过程。通过将 N-聚糖分为三个模块并使用不同模式的 Y 离子或可区分的 B/Y 离子组合识别每个模块，该方法能够确定小鼠大脑中数千个糖位点的详细聚糖结构，其中包括四种类型的核心结构和具有三种聚糖亚型的 17 个分支结构。由于独立于数据库的聚糖映射策略，StrucGP 还有助于识别稀有/新聚糖结构。该方法将极大地有益于生物医学研究中糖蛋白的深入结构和功能研究。
【2】2021年7月26日，中国科学院遗传与发育生物学研究所杜茁团队在Nature Methods 在线发表题为”A 4D single-cell protein atlas of transcription factors delineates spatiotemporal patterning during embryogenesis“的研究论文，该研究使用蛋白质融合荧光报告基因和四维实时成像，以单细胞分辨率呈现了在秀丽隐杆线虫胚胎发生过程中映射到发育细胞谱系上的转录因子 (TF) 的蛋白质表达图谱。该图谱揭示了 TF 表达的时空组合代码，以及一系列指定发育状态的谱系特异性、组织特异性和时间特异性 TF。在系统层面，该图谱提供了对细胞状态-命运关系建模的机会，揭示了功能相关细胞内的谱系依赖性状态多样性和发育状态进展的曲折轨迹。总的来说，这个单细胞蛋白质图谱代表了在分子和系统水平上阐明后生动物胚胎发生的宝贵资源。【3】2021年6月14日，中国科学技术大学熊伟与仓春蕾共同通讯在Nature Methods 在线发表题为“Metabolomic profiling of single enlarged lysosomes”的研究论文，该研究通过建立单溶酶体代谢组质谱检测技术，首次实现基于单个溶酶体代谢组学信息的溶酶体分型，并深度探索了细胞衰老过程中溶酶体代谢组学的异质性改变（点击阅读）。
【4】2021年6月7日，北京大学伊成器团队在Nature Methods 在线发表题为“Detect-seq reveals out-of-protospacer editing and target-strand editing by cytosine base editors”的研究论文，该研究报告了用于评估 CBE 特异性的 Detect-seq。它能够在全基因组水平上灵敏检测 CBE 诱导的脱靶位点。Detect-seq 利用化学标记和生物素下拉来追踪编辑中间体脱氧尿苷，从而揭示 CBE 的编辑组。除了独立于 Cas9 和典型依赖于 Cas9 的脱靶位点之外，该研究还发现了原始间隔区序列之外（即原始间隔区外）和目标链（与单向导 RNA 配对）上的编辑。这种意外的脱靶编辑很普遍，并且可以表现出很高的编辑率，而它们的发生表现出细胞类型依赖性，无法根据 sgRNA 序列进行预测。此外，该研究在测试的目标位点附近发现了原始间隔区和目标链编辑，挑战了 CBE 不会诱导近端脱靶突变的常识。总的来说，该研究的方法允许对 CBE 编辑组进行无偏见分析，并为各种新兴基因组编辑工具的特异性评估提供广泛适用的工具。
【5】2021年5月31日，浙江大学郝翔等人在Nature Methods 在线发表题为“Three-dimensional adaptive optical nanoscopy for thick specimen imaging at sub-50-nm resolution”的研究论文，该研究开发了一种改进的等刺激发射耗尽纳米镜，它使用先进的自适应光学策略来实现神经元突触和环形管等结构的亚 50 纳米各向同性分辨率，这些结构以前在组织中是无法接近的。这项工作中提出的自适应光学方案通常适用于任何具有类似光束路径几何形状的显微镜，其中包括两个相对的物镜，以优化在像差样品中进行深度成像时的分辨率。【6】2021年5月6日，北京大学何爱彬团队在Nature Methods 在线发表题为“Single-cell joint detection of chromatin occupancy and transcriptome enables higher-dimensional epigenomic reconstructions”的研究论文，该研究开发了 CoTECH，这是一种组合条形码方法，允许对染色质占据和转录组进行高通量单细胞联合检测。该研究使用 CoTECH 来检查二价组蛋白标记（H3K4me3 和 H3K27me3）以及从幼稚到致敏小鼠胚胎干细胞的转录。该研究还使用转录组作为锚点在伪单细胞中导出并发二价标记，用于解析伪时间二价轨迹并解开 H3K4me3/H3K27me3 与转录水平之间的上下文特定相互作用。接下来，该研究揭示了两波造血细胞中内皮细胞向造血细胞转变的调控基础，以及引导造血内皮细胞出现的独特增强子-基因连接方案，表明对造血干细胞启动的转录调控具有独特的表观遗传控制。CoTECH 为染色质占据和转录的单细胞共分析提供了一个有效的框架，从而实现了更高维的表观基因组重建。【7】2021年5月3日，上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室杨辉，周英思和中国农业大学农学院赖锦盛共同通讯在Nature Methods在线发表题为“Programmable RNA editing with compact CRISPR–Cas13 systems from uncultivated microbes”的研究论文，该研究通过分析宏基因组的terabase数据集，鉴定了来自高盐样品的CRISPR-Cas核糖核酸的两个紧凑家族（775至803个氨基酸（aa）），命名为Cas13X和Cas13Y。该研究设计了Cas13X.1（775 aa），用于哺乳动物细胞系中的RNA干扰实验。该研究发现Cas13X.1可以耐受RNA识别中的单核苷酸错配。此外，由工程化脱氨酶（385氨基酸）和截短的Cas13X.1（445氨基酸）组成的最小RNA碱基编辑器表现出强大的编辑效率和高特异性，可诱导RNA碱基转化。该研究结果表明，天然微生物中存在尚未开发的细菌防御系统，可以有效地在哺乳动物细胞中发挥作用，因此可能对基于RNA编辑的研究有用（点击阅读）。【8】2021年4月1日，中国科学院生物物理研究所纪伟及徐涛共同通讯在Nature Methods 在线发表题为“Molecular-scale axial localization by repetitive optical selective exposure”的研究论文，该研究为超分辨率成像引入了具有重复光学选择性曝光 (ROSE-Z) 方法的轴向定位。通过使用非对称光学方案来产生干涉条纹，仅用约 3,000 个光子就实现了 <2 nm 的轴向定位精度，与以前的散光方法相比提高了大约六倍。该研究展示了纳米级三维和两色成像，说明了该方法如何实现卓越的性能并促进细胞纳米结构的研究。【9】2021年3月1日，华中科技大学骆清铭及袁菁共同通讯在Nature Methods 在线发表题为“High-definition imaging using line-illumination modulation microscopy”的研究论文，该研究报告了一种线照明调制 (LiMo) 技术，用于以高通量和低背景对厚组织进行成像。将 LiMo 与薄组织切片相结合，该研究进一步开发了一种高清荧光微光学切片断层扫描 (HD-fMOST) 方法，其平均信噪比为 110，从而显著改善了神经元形态重建。该研究以 0.32 × 0.32 × 1.00 μm3 的体素分辨率实现了 >30 倍的无损数据压缩，实现了在线数据存储到 USB 驱动器或云端，以及高精度（95% 准确度）全脑 3D 细胞实时计数。这些结果突出了 HD-fMOST 在促进全脑高分辨率数据集的大规模采集和分析方面的潜力。
【10】2021年2月11日，华中科技大学费鹏，高尚邦及加州大学洛杉矶分校Tzung K. Hsiai共同通讯在Nature Methods 在线发表题为“Real-time volumetric reconstruction of biological dynamics with light-field microscopy and deep learning”的研究论文，该研究将视图通道深度 (VCD) 神经网络与光场显微镜相结合，以减轻这些限制，产生具有均匀空间分辨率和高视频速率重建吞吐量的无伪影三维图像序列。该研究以单细胞分辨率对移动的秀丽隐杆线虫的神经元活动和跳动的斑马鱼心脏中的血流进行了成像，体积成像速率高达 200 Hz。【11】2021年1月21日，中国科学院生物物理研究所李栋及清华大学戴琼海共同通讯在Nature Methods 在线发表题为“Evaluation and development of deep neural networks for image super-resolution in optical microscopy”的研究论文，该研究使用多模态结构照明显微镜 (SIM)，首先提供了一个广泛的 LR-SR 图像对数据集，并在结构复杂性、信噪比和放大因子方面评估了深度学习 SR 模型。其次，该研究设计了深度傅立叶通道注意网络 (DFCAN)，它利用不同特征之间的频率内容差异来学习有关不同生物结构的高频信息的精确分层表示。第三，该研究展示了 DFCAN 的傅立叶域聚焦能够在低信噪比条件下稳健地重建 SIM 图像。该研究证明，在多色活细胞成像实验中，DFCAN 在 10 倍以上的持续时间内实现了与 SIM 相当的图像质量，这揭示了线粒体嵴和类核的详细结构以及细胞器和细胞骨架的相互作用动力学。【12】2021年1月11日，温州医科大学刘飞和美国哈佛医学院的Luke P. Lee共同通讯在Nature Methods 在线发表题为“Exosome detection via the ultrafast-isolation system: EXODUS”的研究论文，该研究描述了一种通过超快速分离系统 (EXODUS) 的有效外泌体检测方法，该系统允许从各种生物流体中自动无标记纯化外泌体。该研究通过负压振荡和双耦合谐振子启用的膜振动获得了外泌体的超高效纯化。 该研究的两个耦合振荡器在膜上产生双频横波，使 EXODUS 在速度、纯度和产量方面优于其他隔离技术。 该研究通过从 113 名患者的尿液样本中纯化外泌体来证明 EXODUS，并通过高分辨率能力和高通量分析验证了外泌体 RNA 分析的实际相关性。
【13】2021年1月6日，北京大学陈良怡、王爱民及吴润龙共同通讯在Nature Methods 在线发表题为“Miniature two-photon microscopy for enlarged field-of-view, multi-plane and long-term brain imaging”的研究论文，该研究开发了一种配备轴向扫描机构和长工作距离微型物镜的微型双光子显微镜，能够在 420 × 420 × 180 μm3 的体积上以~1 μm 的横向分辨率进行多平面成像。连同允许长期重复成像的可拆卸设计，该研究的微型双光子显微镜可以帮助破译自由行为动物的神经元机制。—END—
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