近日，郑州大学华大基因学院在全景时空图谱方面取得突破性进展，学院硕士研究生导师刘龙奇课题组与多国科研团队合作在国际著名学术期刊Cell上发表了题为Spatiotemporal transcriptomic atlas of mouse organogenesis using DNA nanoball-patterned arrays的学术论文，郑州大学华大基因学院和河南省医药科学研究院为共通讯作者单位，学院姜宇佳、郑惠文和杨蕴智三名硕士研究生为共同作者。该研究基于DNA纳米球(DNB)模式阵列的全基因组技术Stereo-seq（SpaTial Enhanced REsolution Omics-sequencing）的开发，结合单细胞分辨率、高灵敏度和大视野，创建了小鼠器官发生时空转录图谱(MOSTA)，全面地描绘了发育中小鼠胚胎的时空转录动态。该研究首次在单细胞分辨率水平上解析空间基因表达谱，为哺乳动物发育研究提供重要的数据参考，推动我们更好地认识胚胎的成长和器官发生，也为出生缺陷相关研究提供指导。
研究团队结合DNA纳米球（DNB）模式阵列和原位RNA捕获技术，建立了Stereo-seq技术，利用该技术对C57BL/6小鼠胚胎发育第9.5天（E9.5）至第16.5天（E16.5）产出了共53张矢状切面的转录组图谱，并进一步描述了小鼠胚胎发育中晚期的器官发育基因的空间表达模式以及器官发育的轨迹，构建了小鼠器官发生时空转录组数据库；基于核酸染色影像进行细胞边界识别，获取了E16.5小鼠全胚胎具有空间位置的单细胞时空转录组信息，描述了前脑的抑制性神经元从内侧神经节隆起至皮层的迁移轨迹；在E12.5、E14.5以及E16.5小鼠的背侧中脑描述了中脑发育过程中的细胞分布异质性，并在中脑的脑室区发现中脑区域放射状胶质细胞向神经细胞祖细胞或胶质细胞祖细胞两个分支的分化轨迹以及在中脑发育过程中的时间分布异质性，并找到了决定放射状胶质细胞分别向两个分支发育的关键微环境因子和调控因子；
利用Stereo-seq构建的小鼠中晚期的胚胎时空转录组图谱，描述了人类发育缺陷相关1,959个基因在小鼠胚胎中表达模式，并在单细胞精度下研究了由WNT5A基因突变导致的罗宾诺综合征（Robinow Syndrome）在小鼠上颚和肢体中累及的细胞类型，证明了应用MOSTA解析发育过程中疾病相关基因表达的时空窗口和潜在累及细胞和器官方面的潜力。
刘龙奇表示，时空组学技术的出现，实现了生命在时间和空间维度上细胞‘地图’的全面绘制，让我们可以在细胞甚至亚细胞分辨率下，观察到正常状态和疾病状态下分子和细胞的分布及细胞之间的互作情况，真正实现了从高精度结构的角度去理解功能，这将大大推动我们对于生命复杂性和人类疾病的全面认知。
文章链接：Spatiotemporal transcriptomic atlas of mouse organogenesis using DNA nanoball-patterned arrays: Cell
