CSCB 2023 | 时空组学高精度3D重构，赋能生命科学新发现
三维（three dimensions，3D）重构是当前生命科学领域的一个研究热点。3D图谱可从细胞的大量转录组数据中重现细胞和分子的总体分布，助力破解器官功能、胚胎发育、癌症及同等复杂疾病机制、物种演化等研究中的未解之谜。
4月13日上午，华大时空高精度3D重构亮相中国细胞生物学学会第十八次会员代表大会2023年全国学术大会·苏州，华大生命科学研究院时空组学首席科学家陈奥研究员对该高精度3D重构装置进行了详细讲解，并展示了应用该装置构建的小鼠胚胎3D图谱。
高精度3D重构装置是基于时空组学技术Stereo-seq进行的。Stereo-seq是一项基于DNA纳米球测序芯片自主研发的可实现超高通量、超高精度的全景式时空转录组技术，它将认识生命空间的分辨率提高到了500 nm的亚细胞层级，相比国际同类技术分辨率提升了40,000倍 [1]。
在“时空组学技术和应用”的主题报告中，陈奥研究员从技术、装置、云平台三个方面详细介绍了时空组学2.0时代的发展趋势。实现高分辨率、大视场、多组学、多样本是时空技术的进一步突破，自动化、智能化设备赋能以产生超级数据，进而通过数据驱动，构建智能存算平台。
在此，特别提到了高精度3D重构装置，可用于解析“从头到尾”的生物组织结构。该装置的主要核心部件包括切片成像、显微镜和大行程光机。从制定切片计划开始，经过组织分割、构建3D坐标系、统一坐标系配准、基础分析等，最终实现组织结构3D可视化。该3D重构方法的应用已初见成效，并在不断优化升级。
近期，华大时空团队利用3D重构装置构建了小鼠胚胎发育第11.5天的3D图谱，其中包含了86张连续切片的700多万个细胞，显示了细胞的分布情况，解析了细胞-细胞互作关系和基因表达情况。
点击视频查看E11.5小鼠胚胎的3D重构图谱
最后，陈奥研究员就时空组学领域的未来发展进行了展望。将生命科学的分子信息与临床医学的影像信息相结合，可真正地实现从基因型到表型信息的全贯穿，绘制出跨尺度、全景式的生命时空图谱。
此外，广东省人民医院费继峰教授以“Using axolotl as a model for dissecting the mechanisms of CNS regeneration”为主题，介绍了基于Stereo-seq绘制的首个蝾螈端脑发育和再生的空间单细胞转录组图谱[2]。
蝾螈端脑的空间单细胞转录组图谱
华大生命科学研究院王明月博士以“High-resolution 3D spatiotemporal multi-omic atlas of developing Drosophila”为主题，详细分享了果蝇胚胎和幼虫发育过程中高分辨率3D结构图谱的构建方法和数据分析过程[3]，分析了当前面临的一些挑战，并指明了扩展当前的转录组图谱以形成完整的发育3D时空转录组图谱的发展愿景。
果蝇晚期胚胎和幼虫空间转录组的3D重建
整合不同模式的信息数据，以实现在同一具有高空间分辨率、敏感性、特异性和通量的组织中定量成像不同种类的生物分子，是构建精确的、全面的组织3D图谱所必须的。随着技术的革新与发展，有望实现生命在时间和空间维度上细胞“地图”的全面绘制，这也将大大推动我们对于生命复杂性和人类疾病的全面认知。
自主工具，人人可及。未来，华大时空将持续升级，助力更多的科学新发现。
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参考文献
[1] Ao Chen, Sha Liao, Mengnan Cheng, et al. Spatiotemporal transcriptomic atlas of mouse organogenesis using DNA nanoball-patterned arrays[J]. Cell, 2022, 185(10): 1777-1792.e21. doi: 10.1016/j.cell.2022.04.003.
[2] Xiaoyu Wei, Sulei Fu, Hanbo Li, et al. Single-cell Stereo-seq reveals induced progenitor cells involved in axolotl brain regeneration[J]. Science, 2022, 377(6610): eabp9444. doi: 10.1126/science.abp9444.
[3] Mingyue Wang, Qinan Hu, Tianhang Lv, et al. High-resolution 3D spatiotemporal transcriptomic maps of developing Drosophila embryos and larvae[J]. Developmental Cell, 2022, 57(10): 1271-1283.e4. doi: 10.1016/j.devcel.2022.04.006.
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