上海生科院等建立小鼠早期胚胎空間轉錄組圖譜

　　3月22日，國際學術期刊《細胞》子刊《發育細胞》在線發表了中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所景乃禾研究組與中國科學院-馬普學會計算生物學伙伴研究所韓敬東研究組合作的最新研究成果“Spatial Transcriptome for the Molecular Annotation of Lineage Fates and Cell Identity in Mid-Gastrula Mouse Embryo”，并被選為該刊當期的亮點文章。該研究結合激光顯微切割以及單細胞測序等先進技術，繪制了小鼠早期發育原腸運動中期精細的胚胎三維分子圖譜，并揭示了小鼠細胞譜系藍圖建立過程中的空間轉錄組特征、轉錄因子和信號通路調控網絡。

　　原腸運動是高等動物早期發育中一個極其重要且高度保守的生物學過程。多潛能的早期胚胎在原腸運動中發生了劇烈的細胞增殖和細胞遷移，分化為外、中、內三個主要的胚層，成為全部體細胞的前體。此過程確立了整個胚胎的發育藍圖，并且不同細胞在胚胎中的空間位置決定了其未來的分化潛能和發育方向。因此，對早期胚胎進行空間位置特異的轉錄組分析，可以解析早期胚胎發育命運決定的分子機制，對預防相關的早期發育疾病也有十分重要的意義。在研究員景乃禾指導下，彭廣敦博士以及博士研究生陳軍，建立了基于激光顯微切割和單細胞轉錄組測序的空間轉錄組分析方法，完成了小鼠原腸運動中期（E7.0）單個胚胎組織切片位置特異的轉錄組測序。在研究員韓敬東指導下，博士生索生寶對這些高通量數據進行了生物學信息學分析。該項工作發現并鑒定了許多新的胚層特異標記基因，構建了整個原腸運動中期高質量的全胚胎基因表達三維分子圖譜，使得小鼠這一時期兩萬多個基因的表達能夠以電子原位雜交的形式得到完全的呈現。更重要的是，該項工作還鑒定了一組能夠代表E7.0時期發育狀態和特異空間結構域的標志基因，這些基因具有類似“郵政編碼”（zip code）的標記功能，可以將外源的多能干細胞或者胚胎組織細胞“投遞”到體內胚胎的特定位置，從而將未知來源的干細胞定位于體內胚胎的相應部位。這一研究結果，也為認識干細胞的全能性與分化潛能以及干細胞轉化醫學應用提供了全新的視角和理論指導。

　　該研究課題得到了中科院干細胞與再生醫學先導科技專項、國家科技部和國家自然科學基金委的經費支持。該研究工作與國際著名發育生物學家、英國皇家科學院院士、澳大利亞悉尼大學教授Patrick Tam合作完成。

對小鼠原腸運動中期胚胎三維分子圖譜的繪制，使得早期胚胎發育不同胚層的分化（例如大腦、骨骼及肺分別代表的外胚層、中胚層、內胚層）有了空間定位，相當于提供了一套詳細的參考坐標系。任何外源的干細胞通過對照此參考坐標系，即能確立其未來的發育潛能和分化命運。