1 全球首個“植物生命全周期單細胞圖譜”問世，揭開擬南芥發育奧秘? 你或許從未聽說過擬南芥這種小小的雜草，但它卻是植物科學界的“超級明星”。半個世紀以來，科學家們正是通過研究擬南芥，揭示了植物如何感應光照、激素如何調控行為，乃至根系如何深扎土壤。盡管如此，擬南芥整個生命周期的許多關鍵細節，仍然是未解之謎。近日，Salk研究所的科學家們聯合多家頂尖團隊，首次繪制出覆蓋擬南芥完整生命周期的單細胞和空間轉錄組學圖譜。這項成果發表于《Nature Plants》，堪稱植物生物學領域的里程碑。研究團隊通過前沿的單細胞RNA測序和空間轉錄組學技術，捕獲了擬南芥從種子到開花成熟的十個發育階段、超過40萬顆細胞的基因表達信息。這一“細胞地圖”不僅細致展現了每個細胞類型的身份和功能，還揭示了不同組織間基因表達的動態變化。 研究人員共鑒定并注釋了183個細胞群，其中75%得到了明確功能注釋，涵蓋了絕大多數已知和未知的細胞類型。通過多組學整合，團隊不僅發現了大量保守的細胞類型標記基因，還揭示了不同器官和發育階段之間的分子異質性。例如，盡管擬南芥各器官間存在許多“通用型”細胞類型，如表皮細胞和維管細胞，但這些細胞在不同組織背景下，其基因表達和功能表現出顯著差異。團隊還首次發現并空間定位了許多此前未被報道的細胞類型特異性標記基因，極大豐富了植物細胞的分子分型。 更具突破性的是，研究利用空間轉錄組學方法，在原位精確驗證了這些新標記基因的表達區域。例如，在分析擬南芥幼苗頂鉤結構時，研究揭示了其發育過程中存在多種過渡性細胞狀態，這些細胞狀態與植物激素調控密切相關，反映了植物形態建成背后的復雜分子機制。此外，團隊還對次級代謝物（如類黃酮等）在花、果莢等器官中的空間表達模式進行了詳細描繪，發現其合成與特定細胞類型高度相關，這一發現為作物品質改良及抗逆性提升提供了新思路。 在功能驗證方面，研究者通過分析部分新發現標記基因的突變體，證實這些基因在特定細胞環境中的獨特表達對于器官正常發育至關重要。例如，某些基因的缺失會導致果莢變短、葉片發育異常等表型，進一步說明了這些分子標志物的生物學意義和預測價值。  2 HybriSeq問世：無需昂貴設備，單細胞RNA檢測進入“探針時代”? 長期以來，單細胞RNA測序作為揭示細胞多樣性和基因調控網絡的利器，極大推動了生命科學研究。然而，傳統方法普遍依賴捕獲polyA尾的mRNA并進行逆轉錄，檢測效率常常只有5%到45%，尤其對低豐度轉錄本和罕見細胞類型的識別能力有限。此外，微流控芯片等儀器設備的高昂成本和復雜操作，也限制了該技術的普及和規模化應用。針對這些難題，來自美國加州大學舊金山分校和索爾克生物研究所的研究團隊聯合開發出一種全新的單細胞RNA分析方法——HybriSeq。這項技術突破了傳統單細胞RNA測序的多項瓶頸，以極高靈敏度和低成本，為揭示細胞間差異和未知RNA分子的發現帶來了全新可能。 該方法的核心創新在于，采用多條分體DNA探針直接在細胞內與目標RNA雜交，并通過獨特的連接酶將相鄰探針連接，確保只有真正結合到目標RNA的探針才被“點亮”，極大提高了檢測的特異性和靈敏度。隨后，研究人員利用“分裂-混合”條形碼策略，對每個細胞的探針加上獨特的分子標簽，再通過高通量測序讀取結果，實現了單細胞分辨率的高效RNA檢測。HybriSeq完全擺脫了對微流控設備的依賴。整個實驗流程僅需普通實驗室試劑和96孔板即可完成，大大降低了技術門檻和成本。據報道，每個細胞的檢測成本僅為1.4美分，遠低于主流單細胞測序平臺。這一突破為大規模、高通量的單細胞分析打開了新局面。在實際應用中，研究團隊利用HybriSeq對人類外周血單核細胞（PBMC）進行了分析，靶向檢測了196個關鍵基因。結果顯示，該方法不僅能高效區分主要免疫細胞類型，還能精細捕捉到細胞激活狀態的微妙變化。值得一提的是，HybriSeq的重復性極高，實驗間相關系數高達0.99，數據質量媲美甚至超越傳統方法。 更為重要的是，HybriSeq還揭示了大量過去未被注釋的轉錄本變異和缺失現象，發現部分RNA分子在參考基因組中并未被完整記錄。這一發現提示，傳統測序方法可能低估了轉錄本的多樣性和復雜性，而HybriSeq為探索這些“隱藏”RNA提供了強有力的工具。此外，HybriSeq通過多探針設計實現信號的線性放大，顯著提升了低豐度轉錄本的檢測能力，極大緩解了“掉落”現象（即目標RNA未被檢測到）。研究人員還對探針設計和數據分析流程進行了系統優化，確保了測量的準確性和可靠性。 當然，HybriSeq也存在一定局限性。例如，短RNA分子的可檢測位點有限，無法直接分析RNA修飾或序列變異，但其在單細胞定量、異質性分析和新轉錄本發現等領域的應用前景依然十分廣闊。  3 從單細胞到全物種：比較轉錄組學揭示生命演化的分子奧秘? 近年來，比較轉錄組學作為揭示生命進化奧秘的重要工具，正經歷著前所未有的變革。來自Universitat Pompeu Fabra的研究團隊在《Current Opinion in Genetics & Development》最新綜述中，系統梳理了這一領域的三大前沿趨勢，并指出這些突破正在重塑我們對生物多樣性和進化機制的理解。 首先，技術革新帶來了生物學分辨率的巨大提升。過去，科學家只能通過常規RNA測序（bulk RNA-seq）來分析整個組織或器官的基因表達，研究對象往往局限于大致的組織層面。然而，隨著單細胞和空間轉錄組學技術的興起，研究者現在能夠精確到每一個細胞類型，甚至在組織空間中定位基因活動。這不僅讓我們可以追蹤不同細胞類型的進化歷史，還能發現某些細胞類型在物種間的獨特性與共性。例如，科學家們通過單細胞數據重建了哺乳動物胎盤界面的進化起源，揭示了新細胞類型如何在進化過程中出現和功能分化。 其次，比較轉錄組學的研究范圍正在不斷擴展。過去的研究多集中在少數模式生物，如小鼠和果蠅，或與人類親緣關系較近的物種。如今，隨著測序成本降低和數據積累，科學家們開始關注更廣泛的物種譜系，包括遠緣生物甚至非模式生物。這種“擴展系統發生范圍”的做法，使得研究者能夠在更長的進化時間尺度上追蹤基因表達的變化，發現某些細胞類型或基因表達程序的祖先特征。例如，通過比較不同動物的神經系統，研究者發現某些神經元類型具有高度保守的表達模式，而其他類型則在進化中發生了顯著創新。 第三，數據驅動的建模框架正在迅速發展。隨著轉錄組數據的激增，機器學習和深度學習等人工智能技術被廣泛應用于基因表達預測、細胞類型譜系重建等領域。科學家不僅可以用算法識別基因表達的進化規律，還能直接從基因組序列預測RNA活性，甚至推斷細胞類型的同源關系。傳統的隨機模型（如布朗運動和奧恩斯坦-烏倫貝克模型）依然在分析基因表達選擇壓力變化方面發揮作用，但新一代的計算工具正幫助科學家們在更高分辨率下探索細胞類型的進化過程。此外，文章還特別強調了多層次數據整合的重要性。通過結合染色質可及性、形態學、發育信息等多種組學數據，研究者能夠更精確地推斷細胞類型的同源性，深入理解細胞類型創新背后的分子機制。例如，整合空間轉錄組學和單細胞組學數據，不僅揭示了組織結構的進化，還幫助識別了新出現的細胞類型及其功能。 文章還總結了一系列突破性研究成果。例如，科學家發現，哺乳動物腦組織中的某些神經元類型在進化中極為保守，說明它們對神經系統的核心功能至關重要；而其他神經元類型則在不同物種中呈現出創新性表達，推動了腦功能的多樣化。還有研究揭示，胎盤細胞類型的創新與物種適應性密切相關，為理解胎盤疾病和生殖障礙提供了新線索。機器學習模型的應用則讓科學家能夠預測基因表達的進化趨勢，甚至模擬某些基因突變對細胞功能的影響，為臨床研究和藥物開發提供了理論基礎。值得一提的是，全球科學家正在推動“生物多樣性細胞圖譜計劃”，目標是繪制覆蓋整個真核生物系統發育的單細胞全身RNA測序圖譜。這一宏偉項目將極大豐富我們對生命進化的理解，推動更廣泛和深入的系統發育研究。未來，隨著技術不斷進步和數據持續積累，比較轉錄組學有望回答更多關于生命起源、細胞類型創新以及基因表達調控的重大科學問題，為醫學和生物學的創新發展注入強勁動力。  4 多組學揭示神經病變新機制，人類外周神經細胞圖譜助力診斷突破? 多發性神經病是一類影響多條外周神經的常見疾病，患者常常面臨感覺和運動障礙，嚴重影響生活質量。然而，PNP的病因復雜，傳統診斷手段往往難以明確病因，約有20-30%的患者在常規檢查后仍無法確診。面對這一挑戰，研究團隊選擇對患者的腓腸神經進行單核RNA測序和空間轉錄組分析，最大程度挖掘神經活檢樣本的潛在信息。在神經疾病研究領域，最新一項發表于《Nature Communications》的多組學研究，為多發性神經病（PNP）的診斷和機制探索帶來了重大突破。研究團隊首次整合了33名PNP患者與4名健康對照的外周神經樣本，通過單核轉錄組學和空間轉錄組學，繪制出迄今最大的人類外周神經細胞圖譜，共分析了超過36萬細胞核。 研究首先建立了人類外周神經的細胞分型圖譜，識別出24種細胞類型，包括髓鞘形成型施旺細胞、修復型施旺細胞、內神經巨噬細胞、神經周圍膜細胞、血管細胞及多種免疫細胞。與以往主要依賴嚙齒類動物模型的研究不同，這項工作首次在人體樣本中揭示了神經周圍膜細胞的高度異質性，發現其遠比動物模型中復雜。值得關注的是，研究團隊通過空間轉錄組技術，定位并量化了這些細胞在神經組織中的分布，為理解不同細胞在疾病中的作用提供了空間維度的證據。 在疾病機制方面，研究發現PNP患者的髓鞘形成型施旺細胞顯著減少，而修復型施旺細胞和具有吞噬脂質能力的內神經巨噬細胞數量增加。這種細胞組成的變化提示，PNP不僅涉及神經損傷，還激活了修復和清除機制。更重要的是，研究揭示了PNP患者神經周圍膜的異常增厚，尤其在免疫介導型PNP（如CIDP）中表現突出。通過多組學數據，團隊鑒定出CXCL14這一分子作為神經周圍膜細胞的新型標記物，其表達在PNP患者中顯著升高，提示CXCL14可能參與神經周圍膜增生及免疫相關病理過程。 此外，研究還發現PNP對神經組織的影響遠不止于內神經細胞，疾病過程會波及多種非內神經細胞群，表現為“全神經疾病”。通過對不同類型PNP的細胞變化分析，團隊發現免疫細胞、神經周圍膜細胞等在不同病因下呈現出特異性變化。例如，在慢性炎性脫髓鞘性多發性神經病（CIDP）患者中，神經周圍膜增厚尤為明顯，且與CXCL14的表達密切相關。這一發現不僅拓展了對PNP病理機制的理解，也為臨床診斷提供了新的分子靶點。研究還鑒定出一類病理性巨噬細胞（Macro18/LAM），在PNP患者神經組織中大量積累，具有清除髓鞘碎片的能力，可能在神經損傷修復過程中發揮重要作用。此外，血管細胞和免疫細胞的變化也提示PNP的發生與神經微環境的整體改變密切相關。 總之，這項工作通過整合單核轉錄組學和空間組學技術，首次系統刻畫了人類外周神經的細胞組成和疾病相關變化，發現了具有診斷潛力的新型分子標志物CXCL14和神經周圍膜增生等病理機制，為神經疾病的研究和臨床實踐帶來了新的希望。  5 立體細胞（Stereo-cell）：空間增強分辨率單細胞測序新技術發布? 單細胞技術近年來飛速發展，極大推動了我們對細胞多樣性和分子功能的理解。然而，現有的主流單細胞測序方法普遍存在一些難以克服的局限。例如，捕獲效率不均、對大細胞或結構復雜細胞兼容性差、難以兼顧高通量與高靈敏度，以及難以實現空間定位和多組學整合等問題。這些瓶頸極大限制了單細胞測序在罕見細胞檢測、微環境解析及多模態研究等領域的深入應用。 針對這些挑戰，華大研究團隊提出利用高密度DNA納米球陣列的平面結構和納米級分辨率，開發出一種無需液滴包裹的原位轉錄捕獲策略。這一設計讓單細胞測序平臺具備了直接捕獲各類細胞（包括小型、大型、結構復雜的細胞乃至細胞外囊泡和微結構）的能力。基于此原理，團隊打造了立體細胞平臺，實現了從200到近100萬個細胞的靈活輸入范圍，極大提升了樣本兼容性和實驗通量。 在實際測試中，立體細胞平臺展現出卓越的準確性和高重現性。無論細胞上樣密度如何變化，系統都能穩定高效地檢測轉錄本，并通過深度學習輔助的細胞分割和成像消除雙細胞混淆。與當前主流的液滴法單細胞測序相比，立體細胞不僅能獲得高度一致的基因表達譜，還能更真實地還原細胞類型比例，尤其在大規模樣本中識別出罕見的免疫細胞群體，如造血干細胞和前體細胞，這一能力在臨床診斷和基礎研究中意義重大。 更令人矚目的是，立體細胞平臺可與多重免疫熒光成像和寡核苷酸條碼抗體等多組學技術無縫整合，實現mRNA與蛋白標志物的同步檢測。這種多模態聯合分析，不僅揭示了不同免疫激活狀態下的細胞異質性，還發現了單靠RNA數據難以捕捉的表型多樣性。此外，該平臺還能精準解析培養成纖維細胞的微環境信息，識別細胞外囊泡等微結構，并追蹤刺激響應過程中的細胞動態。 立體細胞技術在處理結構復雜或超大細胞樣本方面也表現出色。研究團隊成功對多核骨骼肌纖維和小鼠卵母細胞進行了測序，保留了轉錄本在細胞內的空間分布信息，實現了亞細胞級別的轉錄定位。通過RNA染色和空間基因模塊分析，進一步證實了該平臺解析細胞內部結構和微環境組織的能力。   |
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