全新生命科学工具绘制全球首批生命时空图谱

“这是生命科学工具的里程碑式突破！”深圳华大生命科学研究院时空组学首席科学家陈奥兴奋地说。

5月4日晚，深圳华大生命科学研究院（以下简称华大研究院）联合多家机构在细胞出版社官网以时空组学联盟（STOC）专题的形式发布了全球首批生命时空图谱。研究人员首次绘制了小鼠、斑马鱼、果蝇、拟南芥4种模式生物胚胎发育或器官的时空图谱。

其中，介绍小鼠胚胎发育时空图谱的论文刊登于《细胞》杂志，另外3篇分别展示果蝇、斑马鱼和拟南芥时空图谱的论文发表于《细胞》子刊《发育细胞》。系列论文不仅展现出动植物器官形成过程中细胞的动态演化，还将加深我们对生命演化的认识，有望为遗传疾病开发全新疗法。

时空图谱的意义在于，研究人员可以利用其识别组织内特定细胞的特征，帮助理解疾病的形成、筛查。

例如，Robinow综合征是一种典型的出生缺陷，患儿会出现唇腭裂、肢体短小等症状。此前的研究已经发现了与这种疾病相关的基因，但这个基因如何导致症状却是未知数。利用时空图谱，科研人员可以在胚胎发育过程中对该基因进行定位，有助于揭示其发病机制。

但问题是，传统办法需要几千甚至上万次实验，才能够获取时空图谱。“而利用Stereo-SEQ技术，只需一次定位就能实现。”作为小鼠胚胎发育时空图谱论文第一作者，陈奥告诉科技日报记者。

Stereo-SEQ是一项全新的时空组学技术，能同时“拍到”组织里每个细胞的基因信息和空间位置。如果把拥有37万亿个细胞的人体比作地球，那么该技术可以让我们看到每个生物的全部信息，包括它的过去和未来。

为Stereo-SEQ技术提供核心支撑的，是基于华大自主研发的DNBSEQ测序技术研制、具有空间位置信息的、阵列式排布的DNA纳米球空间捕获芯片。该芯片可以实现超高精度和超大视野的生命分子成像，其分辨率可达500纳米。

“时空组学技术的出现，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，必将大大推动我们对于生命复杂性和人类疾病的全面认知。”系列论文的共同通讯作者之一、深圳华大生命科学研究院单细胞组学首席科学家刘龙奇表示。

在系列论文中，中外科学家对小鼠、斑马鱼、果蝇等模式生物的发育过程进行了研究，为胚胎发育过程中的模式形成及相关分子机理研究提供了重要的数据参考，也为进化过程中胚胎演化的研究提供了可能。

在植物方面，研究人员还基于Stereo-SEQ技术成功开发出适用于植物的单细胞空间组技术，并将此技术应用于植物叶片细胞的空间组学研究。该技术将会应用于植物基础科学研究和作物育种研究中，如在水稻、小麦和玉米等作物的种子发育和抗旱、耐高温和耐盐等机制解析中进行优势关键基因的挖掘，为高产、优质、抗逆作物品系的培育贡献力量。

据了解，系列研究由深圳华大生命科学研究院联合中国科学院广州生物医药与健康研究院、南方科技大学、华中农业大学等来自6个国家的32个科研团队共同完成。研究已通过伦理审查，严格遵循相应法规和伦理准则。