Nature：揭示空间转录组测序技术将加快生物医学研究

来源：BioArt

编者按

诺唯赞转座酶建库试剂盒（Vazyme #TD501/TD502/TD503）助力Geo-seq，为生物医学添上浓墨重彩的一笔。

2019年8月8日，中科院分子细胞科学卓越创新中心景乃禾课题组、中科院-马普学会计算生物学伙伴研究所韩敬东课题组与中科院广州生物医药与健康研究院彭广敦课题组共同合作，在Nature在线发表了题为Molecular architecture of lineage allocation and tissue organization in early mouse embryo[1]的最新研究成果。该研究首次构建了小鼠早期胚胎着床后发育时期高分辨率时空转录组图谱，揭示了小鼠胚胎多能干细胞的分子谱系和多能性在时间和空间上的动态变化及其调控网络。

图1. Geo-seq样品收集示意图和二维数据可视化（corn-plot）。Geo-seq收取E5.5-E7.5五个时期的上胚层/外胚层和内胚层，收取E7.0和E7.5时期的中胚层。根据胚胎大小和胚胎结构的复杂程度，分不同区域收取。对三维空间转录的基因表达进行平面化展示，构建corn-plot。红色代表高表达，不同的点代表不同的样品。

图2. E2.5时期到E7.5时期的空间结构域相似性。不同时期的颜色条代表基因表达结构域，MOR-桑椹胚，ICM-内细胞团，Epi-上胚层，PrE-原始内胚层，En-内胚层，E1-内胚层基因表达结构域1，Ect-外胚层，PS-原条，M-中胚层，MA-前端中胚层，MP-后端中胚层。计算结构域之间的相关性，连接线的粗细表示相对相关性大小。

图3. 胚层关键信号作用区域及关键转录因子调控网络。绘制了小鼠胚胎E5.5-E7.5时期外、中、内三胚层的关键信号通路作用区域；不同颜色代表不同组的转录因子；棕色连接线代表正相关，绿色连接线代表负相关，连接线的粗细代表相关程度；MGI数据库中敲除小鼠表型与原肠运动异常的标注为三角符号。

在这篇文章中使用到一个关键的技术—Geo-seq。Geo-seq技术是景乃禾研究员和彭广敦研究员，于2017年发表在《Nature Protocols》上的一种保留空间位置信息的高通量分析方法[2]。Geo-seq，又叫空间转录组学技术，它是通过整合与优化单细胞测序和激光显微切割，构建的一种能够获得少量细胞转录组信息、同时保留细胞原有空间位置信息的测序方法。该技术通过激光显微切割可以直观地在组织上直接捕获细胞，每个获取的样本（此技术可以获取低至5个细胞）都保留了位置信息，然后与单细胞转录组测序技术结合，从而完成了高效率、高分辨率的空间转录组分析。

细胞的异质性是一种普遍存在的生物学现象。研究细胞的异质性其实就是研究单细胞，目前获得单细胞的方法（如显微吸取、显微操作、流式/免疫磁珠细胞分选、微流控等）都需要先将组织制备成细胞悬液，这样细胞就丢失了在体内原有的位置信息；此外由于实验操作耗时较长，又可能导致在离体环境下转录组发生一些细微的改变。因此，仅靠单细胞测序技术是不能获得细胞的空间位置信息。经过科学家们的不断创新，“保留空间位置信息的高通量分析方法”即空间转录组学技术（Geo-seq）应运而生。

其实在Geo-seq之前，也有针对空间位置的研究方法，比如在原位杂交或者原位的荧光染色基础上优化发展的单个细胞的多重荧光FISH方法以及单分子成像，MERFISH（multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization）等技术，虽然这些技术的发展大大促进了原位杂交的研究，但是由于其成本高、精度有限以及效率低等问题，从而催化衍生了Geo-seq的发展。当然，在Geo-seq技术问世之前，也有激光切割与单细胞转录组结合的方案[3]，但此方案的实验重复性差且基因检出数低。直到2017年Geo-seq技术的出现才解决了这些问题与痛点，Geo-seq获得的基因表达数量和测序质量均大幅提高。其详细操作流程见下图：

图片来自（Chen et al.,2017）

经过大量的实验证明，Geo-seq是兼具高灵敏度、高通量以及高可靠性的新型研究空间转录组学的技术。既可用于转录图谱的三维重建，也可以用于研究具有特殊结构的少量组织或细胞的转录组信息。

Geo-seq通过激光显微切割获取到的细胞样本，经过细胞转录组扩增后，可以选用诺唯赞TruePrep® DNA Library Prep Kit V2 for Illumina（Vazyme #TD501/TD502/TD503）DNA转座酶建库试剂盒构建测序文库。该试剂盒与单细胞转录组扩增试剂盒（Vazyme #N711）堪称“黄金搭档”，使用该试剂盒可以将单细胞转录组扩增后的产物制备成Illumina高通量测序平台专用测序文库。和传统文库构建方法相比，诺唯赞TruePrep试剂盒采用新型的转座酶法进行DNA片段化，从而将繁琐的DNA片段化、末端修复和接头连接反应等步骤简化为一步10 min的酶促反应。整个建库耗时仅需90 min；操作简单，无需使用机械方法(超声、雾化等)进行片段化；文库扩增效率高、均一性好；可以兼容低至1 ng的起始量，十分高效便捷。

参考文献

1. Peng G, Suo S, Cui G, et al. (2019). Molecular architecture of lineage allocation and tissue organization in early mouse embryo. Nature, 572(7770), 528-532.

2. Chen, J., Suo, S., Tam, P.P., Han, J.J., Peng, G., and Jing, N. (2017). Spatial transcriptomic analysis of cryoped tissue samples with Geo-seq. Nature protocols 12, 566-580.

3. Zechel, S., Zajac, P., Lönnerberg, P., Ibáñez, C.F., and Linnarsson, S. (2014). Topographical transcriptome mapping of the mouse medial ganglionic eminence by spatially resolved RNA-seq. Genome Biology 15, 486.