Nature Reviews Genetics综述：展望单细胞与空间转录组整合的方法 | 时空简讯第3期
时空简讯第3期。
脑
Brain
空间+长读长单细胞转录组：涵盖可变剪切的大脑空间表达图谱
Nature Communications [IF: 14.919]
① 出生后7天小鼠的海马体和前额皮质的45种细胞类型单细胞长读长测序发现，大脑区域的细胞类型对特定剪切亚型的表达(DIE)具有影响（www.isoformAtlas.com）。
② 短读长测序聚类鉴定到海马体区域8个神经胶质细胞类型，前额皮质区域7个神经胶质细胞类型，并鉴定出395个DIE相关基因。
③ 同一解剖结构的细胞类型展现不同的DIE，即大脑区域可通过微环境影响基因的表达。
④ 利用空间转录组结合单细胞数据量化了空间分辨率的差异剪切表达，显示与单细胞方向一致的剪切差异。（Trans F）
A spatially resolved brain region- and cell type specific isoform atlas of the postnatal mouse brain.
2021.01.19，DOI: 10.1038/s41467-020-20343-5
研究文章，模式生物，小鼠，大脑，可变剪切，空间转录组，长读长测序，单细胞长度长转录组，Anoushka Joglekar，Hagen U. Tilgner，Weill Cornell Medicine，USA
肝脏
Liver
北京大学/中国科学院动物研究所: 单细胞时空组发现胎肝造血干细胞扩增功能单元“HSC PLUS”及其分子机制
Cell Research [IF：25.617]
①通过scRNA-seq绘制了胎肝造血干/祖细胞（HSC/MPP）在不同发育时期（E11.5, E12.5, E13.5, E14.5）及微环境细胞的转录图谱，发现CD93不仅可以富集干性较强的造血干/祖细胞，还是造血干/祖细胞发育的调控因子；
②使用CellPhoneDB方法构建了微环境细胞和HSC/MPP的互作调控网络，鉴定了潜在的促造血干细胞扩增分子（生长因子MDK和PTN）；
③通过绘制胎肝的空间转录组图谱，利用空间坐标特征将微环境细胞和与HSC/MPP的空间关系分为Intra-spot（关系最密切）、Inter-spot（关系密切）和Others（关系疏远）三类，揭示了互作细胞和配对信号分子的空间关系；
③通过定性和定量分析，发现巨噬细胞高度富集在HSC/MPP周围，并且具有相邻关系的巨噬细胞和HSC/MPP分别表达互作分子对中的配体和受体；
④免疫荧光实验显示巨噬细胞形成“口袋状”结构包围HSC/MPP，功能数据显示巨噬细胞及其分泌生长因子的促扩增作用，进而定义了造血干细胞扩增的基础功能单元（HSC PLUS）：扩增的HSC/MPP处于巨噬细胞和生长因子富集的HSC PLUS结构；
⑤跨物种分析显示在人胎肝中也存在这样保守的扩增结构和分子机制。（王冰/赵瑞珍）
Identification of HSC/MPP expansion units in fetal liver by single-cell spatiotemporal transcriptomics.
2021.08.02，DOI: 10.1038/s41422-021-00540-7
研究文章，小鼠，胚胎，肝脏，造血干细胞，单细胞转录组，空间转录组，扩增单元，Suwei Gao, Qiang Shi，Feng Liu，Cheng Li，北京大学，中国科学院动物研究所，中国
暨南大学：人类胚胎肝脏发育的基因时空表达谱及细胞分化机制
Frontiers in Cell and Developmental Biology [IF: 6.684]
① 多模态交叉分析整合单细胞和空间转录组数据，绘制出不同时期胚胎肝脏的细胞类型、亚群、相互之间的关系以及肝脏细胞的分化发育轨迹。
② 验证不同肝细胞亚群之间基因表达和功能富集的差异，证实人类胎儿肝细胞的空间分辨异质性，并鉴定出各亚群细胞通讯中的活性配体-受体对。
③ 描绘出胎儿肝脏发育期间红细胞谱系的分化轨迹。红细胞经历快速增殖和迁移，且代谢变化对人类成红细胞成熟至关重要。
④ 基于“成人疾病的胎儿及婴儿起源”假说，发现与肝病相关的17个基因主要在巨核细胞和内皮细胞中表达。
⑤ 确定不同时期胚胎肝脏细胞差异表达基因的共表达模块，突出基因功能的协作模式，并发现细胞间存在活跃的细胞通讯。（lyc）
Integrating Spatial Transcriptomics and Single-Cell RNA-seq Reveals the Gene Expression Profling of the Human Embryonic Liver
2021-05-20, DOI：10.3389/fcell.2021.652408
研究文章，人，胚胎，肝脏，单细胞转录组，空间转录组，多模式交叉分析，肝细胞分化，红细胞，细胞通讯，Xianliang Hou，Yane Yang，Donge Tang，Minglin Ou, Yong Dai，暨南大学，中国
肾脏
Kidney
解码人类肾脏纤维化中肌成纤维的起源
Nature [IF: 49.962]
①13个慢性肾脏疾病（CKD）患者的肾脏组织进行scRNA-seq、绘制肾脏细胞图谱，发现近端小管细胞的脂肪酸代谢增加，可能引起小管细胞去分化和纤维化；
②阐述人类肾脏中肌成纤维的起源，发现上皮细胞、内皮细胞、造血细胞和间充质细胞都有助于肾脏纤维化；
③ISH和免疫组化实验验证，大多数疤痕组织起源于PDGFRα+PDGFRβ+双阳性成纤维细胞和肌成纤维细胞；
④筛选出NKD2作为肾纤维化治疗的潜在靶基因。（张睿）
Decoding myofibroblast origins in human kidney fibrosis
2020-11-11, DOI: 10.1038/s41586-020-2941-1
研究文章，人，肾脏，慢性肾脏病，纤维化，单细胞转录组，Christoph Kuppe, Mahmoud M. Ibrahim，Neil C. Henderson，Rafael Kramann，RWTH Aachen University，University of Edinburgh，Germany，UK
微生物&免疫
Microorganism & Immunity
肠道菌群驱动肝脏免疫区带化助力宿主防御
Nature [IF: 49.962]
①应用定量荧光成像、遗传扰动和转录组学等方法，发现肝小叶中，肠道菌群诱导了免疫细胞富集于门脉周区域，形成免疫区带现象；
②肝窦内皮细胞通过MYD88感知菌群信号（如LPS），进而调节参与趋化因子（如CXCL9）梯度形成的细胞周基质组成，从而建立免疫区带化；
③功能上，免疫区带化使得门脉周优先发生局部促炎反应，抵抗血液中的病原体扩散及其引发的肝组织损伤。（赵瑞珍）
Commensal-driven immune zonation of the liver promotes host defence
2020.11.25，DOI: 10.1038/s41586-020-2977-2.
菌群，免疫互作， 肝脏，免疫区带化，转录组，Anita Gola，Ronald N. Germain, NIH National Institute of Allergy and Infectious Diseases, USA
Science：单细胞分辨率下浮游和固着细菌种群的空间转录组学
Science [IF:47.728]
①在seq-FISH测序的基础上开发了一种高通量测序方法par-seqFISH；
②对铜绿假单胞菌浮游生长的11个时间点和生物膜的2个时间点（包括600,000个单细胞）进行了基因表达谱的分析；
②铜绿假单胞菌在浮游生长过程中出现不同的代谢和毒力相关转录状态，并量化了这些状态在细胞增长过程的时间动态变化；
③通过铜绿假单胞菌生物膜的时空数据描述了生物膜形成的关键事件及生物膜空间代谢异质性；
④par-seqFISH和空间解析的方法为直接在微生物原生环境中研究空间和时间中的微生物种群提供了一种通用的工具。(hyf)
Spatial transcriptomics of planktonic and sessile bacterial populations at single-cell resolution
2021-08-13，DOI: 10.1126/science.abi4882.
细菌，铜绿假单胞菌，生物膜，代谢异质性，空间转录组，seqFISH，par-seqFISH, Daniel Dar, Long Cai, Dianne K. Newman, California Institute of Technology, USA
进化生物学
Evolutionary biology
进化生物学新思路：比较基因组学+空间转录组发现基因组变异和进化始发于精子细胞
Molecular Biology and Evolution [IF：16.242]
① 利用空间转录组鉴定了Pristionchus pacificus 和Caenorhabditis elegans 特定区域表达的、具有空间可比性的数千个基因；
② 比较P.pacificus 和C.elegans 的同源基因表达，表明两种变形虫在解剖结构上保守对称的表达模式；
③ 空间转录组结果揭示大型基因家族在特定区域聚集，未表征的基因家族在精子相关区域表达，并显示与快速进化一致的近期扩张特征；
④ 证明了“睾丸外”假说在线虫内同样成立，新基因常发生在精子相关、具有高转录复杂度的基因中，且与机体一般生理过程相关。（Trans F）
Spatial Transcriptomics of Nematodes Identifies Sperm Cells as a Source of Genomic Novelty and Rapid Evolution.
2021.08.08, DOI：10.1093/molbev/msaa207.
研究文章，比较基因组学，单细胞转录组，空间转录组，模式生物，Pristionchus pacificus，Caenorhabditis elegans，Christian Rödelsperger，Hendrik C Korswagen，Max Planck Institute for Developmental Biology, Hubrecht Institute, Germany，Netherlands
时空新技术
New technology
XYZeq：空间分辨率的单细胞RNA测序Demo肿瘤微环境研究
Science advances [IF: 14.136]
① 开发了一种新的具有空间位置信息的单细胞RNA测序技术——XYZeq，相比Slide-seq等时空技术能够捕获更多的mRNA；
② XYZeq首先将组织放置于一个中心距为500μm的微孔阵列中，通过逆转录为每个微孔中的序列添加对应空间位置的Barcode信息，随后再对该组织进行单细胞测序；
③ 小鼠肝脏肿瘤模型中，XYZeq相比10x Genomics能够更准确地捕获到更多的细胞类群，例如可分离出10x Genomics未捕获到的间充质干细胞（mesenchymal stem cells, MSCs）；
④ MSCs中的基因异质性表达可能由细胞相对于肿瘤的位置远近决定，例如在更靠近肿瘤的位置中抑癌基因Tshz2 表达量高于同为抑癌基因的Csmd1。（郭浩冰）
XYZeq: Spatially resolved single-cell RNA sequencing reveals expression heterogeneity in the tumor microenvironment
2021-04-21, DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.abg4755
研究文章，方法学，空间转录组，XYZeq，单细胞，Youjin Lee, Derek Bogdanoff, Yutong Wang, Alexander Marson, Eric D. Chow, Chun Jimmie Ye，University of California，J. David Gladstone Institutes，USA
组织切片处理和储存时间对转录本的影响
Analytica chimica acta [IF: 6.558]
① 大脑组织切片分别放置不同温度、不同时间后提取RNA，发现冷冻切片的储存温度和时间对RNA完整性和测序结果有显着影响，RNA质量会随温度的升高和存储时间的延长而下降，不同的储存温度或时间还可以引起基因差异；
② GC含量是二级结构稳定性的重要指标，稳定基因不受整体RNA完整性（即RIN值降低）的影响，可能是因为其GC含量高，有较多的二级结构；
③ 1%的甲酚紫染色可能通过防止组织再水化，抑制内源性RNases活性，从而起到保护 RNA的作用。（宓晓晴）
Effects of brain tissue section processing and storage time on gene expression.
2021.02.15, DOI: 10.1016/j.aca.2020.10.046
研究文章，冷冻切片，基因表达，RNA完整性，转录组，Erteng Jia, Ying Zhou, Huajuan Shi, Min Pan, Xiangwei Zhao, Qinyu Ge, 中国，东南大学
生信工具
Analysis tools
Nature Reviews Genetics 综述：scRNA-seq与空间转录组整合的计算方法和展望
Nature Reviews Genetics [IF: 53.242]
①整合scRNA-seq和空间转录组数据可应用于组织稳态、组织发育、疾病微环境、肿瘤微环境和空间上细胞间互作等方面的研究；
②比较了原位RNA测序（high-plex RNA imaging）和空间条形码（spatial barcoding）两类技术的特点和作用机制；
③列举了实现scRNA-seq和空间转录组数据整合用到的去卷积（Deconvolution）和映射（Mapping）这两种方案的多种算法，以及这些算法的输入和输出数据；
④探讨将空间数据纳入细胞间通讯分析，结合scRNA-seq数据和相应数据库预测细胞间通讯的配受体对。（阿多）
Integrating single-cell and spatial transcriptomics to elucidate intercellular tissue dynamics
2021.06.18, DOI: 10.1038/s41576-021-00370-8
综述，单细胞转录组，空间转录组，Sophia K. Longo，Paul A. Khavari, USA, Stanford University
RCTD（robust cell type decomposition）：跨实验平台识别空间转录组细胞类型
Nature Biotechnology [IF:54.908]
① 已有空间转录组技术（除BGI）获得的最低分辨率书大多来自多个细胞，特定细胞类型特异的空间分布和表达特征仍难表征；
② 相对于一些已有的解卷积方法如NMFreg和DWLS，RCTD (https://github.com/dmcable/RCTD) 考虑了平台效应，校正不同测序技术的差异；
③ 通过模拟数据集测试，RCTD展现了检测混合物和识别细胞类型的能力；
④ RCTD在小鼠大脑的Slide-seq和Visium数据集中准确地再现了已知的细胞类型和亚型定位模式；
⑤ 最后，展示了 RCTD 对细胞类型定位的恢复后发现基因表达特征的过程。（Imm F）
Robust decomposition of cell type mixtures in spatial transcriptomics.
2021-02-18，DOI: 10.1038/s41587-021-00830-w
研究文章，空间转录组，解卷积，Dylan M. Cable，Fei Chen，Rafael A. Irizarry，MIT, Broad Institute, Harvard University, USA
编辑：力强 / 版面：晓黎
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