BH1000時空成像系統

成像在空間轉錄組實驗中的重要作用

空間轉錄組測序技術，其核心在于將測序數據與精確的成像相結合。然而，實踐中我們有時會不自覺地將焦點過度集中在測序數據上，而忽略了同樣關鍵的成像環節。在空間轉錄組實驗的全過程中，其中有三個關鍵步驟需要成像：

結構確認

在樣本完成質檢并合格后，需要對研究的目標區域進行確認，可以利用BH1000進行高清（標配高品質平場復消色差物鏡，20×物鏡，數值孔徑N.A.≥0.8,?同時最多支持拓展4個物鏡）的明場成像來進行判斷。

組織優化

通過BH1000快速（20X，8mm*8mm,小于50S）得到高清明場圖像與高清的熒光（支持7個熒光通道,各通道有獨立傳感器，電動切換，標配明場、?DAPI、FITC和CY3）成像結果來選擇最優的透化時間（需要選擇熒光最亮且符合相應明場結構無明顯逸散的梯度）

基因表達

可以利用BH1000對明場及熒光掃描過程中經常出現的拼接錯誤進行校準（自主研發BMCHiper軟件，搭配自研半透半返模塊，實現圖像無錯校準），得到原片無錯高清的熒光圖像與原片無錯高清的明場圖像，為后續空間數據準確的定位和可視化提供基礎，使得復雜的轉錄組數據能夠轉化為最直觀，最精準的生物學見解。

BMKMANU BH1000產品

BMKMANU BH1000是專門適配精準空間組學BMKMANU S系列產品的成像系統，它不僅可以實現各類物種及各類玻片標本的快速全切片掃描成像，還能能夠滿足百創空間組學中各個實驗環節的成像需求，更能搭配使用百創細胞分割算法，結合其輸出的原片無錯高清明場成像，原片無錯高清熒光成像實現精準空間單細胞分割。

產品參數

產品優勢

用戶友好型界面，可實現一鍵式操作，自動對焦、自動掃描，圖像質量優異

50S內可完成8mm*8mm 20X掃描，支持掃描25mm*60mm,原片明場及原片熒光成像

多層掃描：支持多景深模式和融合模式

支持多區域掃描

精準細胞分割：內嵌圖像校準模式，可以實現對圖像進行校準拼接，直接輸出原片無錯圖像

七通道多色熒光

拓展應用范圍

這是最早關于人類免疫學應用的記錄。公元前?400?年，中國可能已有人痘苗接種預防天花的方法，到?16?世紀明朝隆慶年間，人痘接種法得到重大改進并廣泛應用，17?世紀傳入俄國、朝鮮、日本、土耳其和英國等國家，至18世紀末結束經驗免疫學時期，隨后免疫學又經歷了經典免疫學時期，近代免疫學時期，直到1965年/1968年?B細胞/T細胞的發現開啟了現代免疫學時期。

隨著免疫學的逐步發展，免疫組學技術也隨之進入了迅速發展的時期，先后發展出了標記免疫組技術、免疫組化技術、Bulk?T/BCR測序技術以及近幾年興起的單細胞T/BCR測序技術，并帶動了相關科學的進步。

2017年，張澤民院士研究組，通過大規模單細胞測序技術對肝癌相關T淋巴細胞進行分析，首次在單細胞水平上描繪肝癌微環境中免疫細胞圖譜，發現了肝癌免疫療法的潛在靶點，也為我們從多角度系統性理解肝癌T淋巴細胞特征奠定了基礎。（2017，Cell，Landscape of Infiltrating T Cells in Liver Cancer Revealed by Single-Cell Sequencing）

2024年，復旦大學附屬中山醫院樊嘉院士和高強教授、中國科學院上海免疫與感染研究所張曉明研究員、浙江大學基礎醫學院郭國驥教授合作在Science上發表了題為A blueprint for tumor-infiltrating B cells across human cancers的研究論文，結合單細胞轉錄組、 B細胞受體免疫組庫和表觀基因組的多組學數據，系統性地刻畫了腫瘤浸潤性B細胞的異質性、動態分化和表觀調控機制。創新地揭示了腫瘤微環境中廣泛存在的EF應答的癌種偏好性、空間定位特征、臨床意義及潛在的誘導調控機制。

但是，與逐漸成熟的單細胞T/BCR測序不同，空間T/BCR測序測序技術還一直未能有較好的測序技術產品去做支撐，成果尚少，現有的文章技術還局限于使用早期的低分辨率轉錄芯片為依托。成熟穩定且高分辨率的空間T/BCR測序技術產品的缺乏限制了空間免疫組的研究。

百創空間全長免疫組庫測序技術?BMKMANU?S3000-VDJ

2024年12月，百邁客生物智能制造以廣受市場好評的亞細胞級S系列空間轉錄組芯片為依托，開發出了在原片上可同時捕獲3’端轉錄組信息以及全長B細胞受體（BCR）和T細胞受體（TCR）序列的空間T/BCR測序技術產品—BMKMANU?S3000-VDJ?，將填補這一技術產品的缺口。

實測案例-某腫瘤-百創單細胞級空間免疫組結果

BMKMANU?S3000-VDJ?技術，使用新鮮OCT包埋樣本，在分辨率為3.5μm的芯片上同一張組織切片（10μm）實現3’端mRNA，以及全長TCR/BCR的捕獲。利用百邁客生物智能制造獨有的圖像校準及細胞分割技術，得到單細胞級分辨率的空間轉錄組結果及單細胞級分辨率的空間T/BCR數據。

BMKMANU?S3000-VDJ??技術路線

精準空間細胞注釋

得到的單細胞級空間轉錄組結果，可以進行常規的空間轉錄組分析，并進行精準的細胞注釋。

精準細胞注釋及T/B細胞的空間分布

T/B細胞的亞群定位

對于得到的T細胞及B細胞又可以繼續進行詳細的亞群分類，同時探討亞群之前的相互轉換關系以及與表型之前的關系。

T/B Cells 亞群分類，亞群空間分布及亞群發育軌跡分析

TCR/BCR?空間分布以及豐度分析

TCR和BCR的豐度分析可以揭示免疫反應的多樣性和動態變化。例如，TCR的多樣性在腫瘤進展過程中會發生變化，早期肝癌患者的TCR和BCR均勻性更高，而晚期患者則表現出較低的均勻性。此外，TCR和BCR的豐度變化也可以反映免疫細胞的激活狀態和克隆擴增情況。

克隆型空間分布以及豐度分析

腫瘤樣本我們可以類比為一處具有復雜地貌的特殊地理環境，不同的環境造就了各種細胞的不同狀態，而T/B細胞在不同的“選擇壓力”下邊進行了不同的“適應性進化”。對不同生態位的T/B細胞尤其是TCR/BCR進行測定，有助于我們去揭示免疫細胞的克隆起源和進化過程。例如，通過分析TCR的VDJ重排，可以追蹤T細胞克隆的起源和擴增過程。這種分析有助于理解免疫細胞在不同生理和病理狀態下的動態變化。

百創單細胞級空間全長免疫組產品?BMKMANU?S3000-VDJ，將幫助科研者解決整個轉錄組和組織形態學問題，實現人類腫瘤或其它病變組織中B細胞和T細胞克隆的高保真定位和空間譜系追蹤，將在一定程度上促進對各種臨床相關現象（如感染、疫苗接種和癌癥）中淋巴細胞空間動力學的理解。

發布會上，百創智造副總裁劉敏詳細介紹了百創空間ATAC-Seq技術原理，產品優勢，應用場景及實測數據，通過百創獨有的S系列空間芯片作為底層拓展開發，實現單細胞級空間ATAC-seq，并表示DEMO數據預計1-2周發布。上海達澈生物高級產品經理王雨琦分享了使用百創空間ATAC-seq得到的實測數據。

百創空間ATAC-seq技術原理

百創空間ATAC-seq產品優勢

01??提供ATAC的空間位置信息

傳統的 ATAC-Seq 技術雖然能夠揭示染色質的開放性，但無法提供細胞在組織中的空間位置信息。百創空間 ATAC-Seq 技術，能夠在組織切片上直接進行染色質可及性分析，保留細胞的空間信息。

02?解碼基因表達的空間調控網絡

百創空間 ATAC-Seq 技術能夠同時分析基因表達和基因調控機制，為空間生物學研究增加了新的維度。它可以幫助研究人員在空間維度繪制染色質可及性圖譜，揭示基因表達的調控機制。

03 多組學整合：從碎片到全景

空間ATAC-Seq與空間轉錄組、空間免疫組、原位熒光等技術聯用，實現“表觀遺傳-轉錄組-驗證”的多維數據整合。這種一體化策略，可幫助科學家在發育研究中構建更完整的調控網絡，甚至發現此前未知的關鍵通路。

百創空間ATAC-seq與百創S3000空間轉錄組對齊

百創空間ATAC-seq產品實測數據

小鼠胚胎

小鼠腦

肝臟腫瘤

百創智造自主研發的”空間ATAC-Seq全流程解決方案”，成功填補空間表觀遺傳學研究領域的商業化產品空白。該產品通過整合多維組學分析框架，突破性實現了染色質開放區域的三維空間解析，為科研工作者構建”時空分辨-基因調控”研究體系提供關鍵工具。其創新性技術方案將深度賦能發育分化機制解析、腫瘤免疫微環境解碼、神經退行性疾病研究等重大科學命題。

未來，百創智造將持續以技術創新驅動行業發展，與全球科研伙伴攜手，共同解鎖生命科學的更多未知奧秘，讓空間生物學研究從 “單一視角” 邁向 “全景解析” 的新時代！

百邁客生物為該研究提供了百創S1000空間轉錄組測序服務。

單細胞組學和時空組學是近年來生命科學領域的重要技術突破，它們在細胞異質性解析、動態過程研究和細胞間相互作用分析方面具有重要優勢，為生命科學研究帶來了全新的視角和深度。水稻稻瘟病是世界上發生嚴重的真菌病害之一，水稻在面臨稻瘟菌侵染時會激活動態免疫，因此挖掘水稻特異免疫基因對于抗稻瘟病菌侵染至關重要。

該研究對稻瘟菌接種后三個時間點的樣品進行了單細胞核轉錄組測序(圖1A)，同時對接種后的水稻葉片也進了時空組測序(圖1B)。

圖1?水稻樣品單細胞及時空組測序流程圖

對測序獲得的單細胞數據，結合細胞特異的標志基因，AddModuleScore?軟件和GO富集分析等方法，對水稻的細胞類型進行了分類注釋(圖2A)。基因表達分析發現，維管細胞中的原形成層細胞在稻瘟菌侵染后高度誘導二萜類植保素合成代謝相關基因的表達，其中水稻關鍵植保素momilactone A合成被特異誘導(圖2B)，促進了momilactone A在維管組織中積累，可能是抗稻瘟病的關鍵因素。相反，激素途徑和模式分子激發的免疫對抗病性貢獻較弱。

圖2?水稻單細胞測序結果及差異基因表達分析

共聚焦顯微鏡觀察結果顯示，稻瘟菌孢子萌發后優先靶向葉脈入侵，但是水稻的維管組織具有較強的免疫，稻瘟菌菌絲無法進一步侵入(圖3A)。時空組測序結果顯示，富含亮氨酸重復序列的(NLR)免疫基因的表達在接種24小時后，葉尖部較葉基部具有更強的積累，表明免疫基因的表達具有極性的特征。綜上所述，該項研究揭示了水稻在稻瘟病菌侵染時免疫基因存在細胞特異性和多維(局部和縱向)的表達模式，為挖掘新的免疫基因提供了重要的數據基礎(圖3B)。

圖3 ?共聚焦顯微鏡觀察及時空組測序結果顯示水稻組織存在多維度的免疫

內容來源于中國農業大學，侵刪

自2023年6月，百創時空技術第一篇文章見刊至今19個月內，使用百創時空技術文章累計33篇，在線文章平均影響因子12+，涉及哺乳動物（含人鼠）、水生（淡水及海洋）、禽類、兩棲、林木、作物及蔬菜等26個物種，25個組織類型，涵蓋腫瘤研究、疾病機制、再生、進化、發育、綜述建議及技術算法等領域。

部分文章展示

1.腫瘤研究

中文題目：整合分子和空間分析揭示原位和侵襲性肢端黑色素瘤的進化動態和腫瘤免疫相互作用

發表期刊：Cancer Cell

發表年份：2024

影響因子：48.8

DOI號：10.1016/j.jhazmat.2025.137375

文章采用技術：BMKMANU S1000、WES、Multi-region sequencing、Bulk RNA seq、10X Chromium、CODEX

樣本類型：人原位黑色素瘤（AMis）和侵襲性黑色素瘤（iAM）的腫瘤組織，相鄰正常皮膚，外周血

文章簡介：

為在空間水平探究 APOE+CD163+ 巨噬細胞亞群與 EMT 腫瘤細胞的互相作用，研究人員利用百創S1000空間轉錄技術對10例 AM 樣本進行了實驗（數據中能夠明確區分表皮的基底層、棘層、顆粒層以及汗腺和血管，腫瘤區域高表達黑色素基因MLANA、PMEL、TYPR?和 DCT）。

數據表明（與單細胞數據聯合分析）C3 亞型的 EMT 腫瘤細胞占比高，并且有 APOE+CD163+ 巨噬細胞的浸潤，巨噬細胞與 EMT 腫瘤細胞具有共定位特征。CellChat 互作分析驗證了 APOE+CD163+ 巨噬細胞的高度受體配體互作，與單細胞轉錄組結果高度一致（APOE+/CD163+ 巨噬細胞是空間中 IGF 通路網絡的發送者（sender）和影響者（Influencer））。使用空間單細胞蛋白組學對患者腫瘤免疫微環境進行了深入分析，結果顯示APOE+CD163+ TAM和EMThigh腫瘤細胞存在高度相關的定位，這與空間轉錄組的結果一致。

2.疾病機制

中文題目：單細胞RNA測序研究全氟辛酸誘導的小鼠胚胎著床損傷

發表期刊：Journal of Hazardous Materials

發表年份：2025

影響因子：12.2

DOI號：https://doi.org/10.1073/pnas.2310163120

文章采用技術：BMKMANU DG1000、Bulk RNA seq、LC-MS/MS

樣本類型：鼠子宮

文章簡介：

全氟辛酸（PFOA）是一種環境持久性化學物質，對人類健康構成顯著風險。研究表明PFOA會影響女性生殖，但其對子宮內膜容受性和潛在機制的具體影響尚不清楚。

該研究通過小鼠模型，研究了低劑量PFOA暴露對子宮內膜容受性的影響。結果表明，PFOA暴露顯著損害了子宮內膜容受性，導致胚胎著床率顯著下降。利用單細胞RNA測序技術，研究者全面分析了PFOA破壞子宮內膜上皮細胞功能和發育的具體機制。值得注意的是，研究者發現ANGPTL（血管生成素樣）信號通路失調，這一通路對于子宮內膜基質細胞和上皮細胞之間的通信至關重要，最終導致胚胎著床失敗。這些發現為PFOA的生殖毒性提供了新的見解，并強調了針對環境污染物相關不孕癥治療干預的潛在靶點。

3.再生研究

中文題目：空間轉錄組測序揭示番茄愈傷組織芽再生的分子機制

發表期刊：PNAS

發表年份：2023

影響因子：10.1

DOI號：https://doi.org/10.1073/pnas.2310163120

文章采用技術：BMKMANU S1000、Stereo-seq、10X Visium、10X Chromium

樣本類型：番茄愈傷組織

文章簡介：

該研究首次揭示了番茄愈傷組織內部細胞的異質性，并在單細胞水平上詳細解析了激素信號和重要調控因子在各種細胞和組織中的表達情況。研究結果不僅發現了表皮和芽原基細胞的亞型和功能，還揭示了綠色組織（chlorenchyma）細胞在芽原基細胞位置和分化發展中的重要作用，以及光照如何通過促進綠色組織細胞的發育和激活雷帕霉素靶蛋白TOR來推動芽再生過程。

4.綜述建議

中文題目：系統比較基于測序的空間轉錄組學方法

發表期刊：Nature Methods

發表年份：2024

影響因子：36.1

DOI號：?10.1038/s41592-024-02325-3

文章采用技術：BMKMANU S1000、Stereo-seq、Visium、Slide-seq V2、Salus、DynaSpatial、DBiT-seq、PIXEL-seq、Slide-tag、Curio Seeker、HDST、In situ hybridization

樣本類型：小鼠胚胎（眼球）、成年小鼠大腦（海馬）、小鼠嗅球

文章簡介：

空間轉錄組學（sST）技術使得在組織水平上測量基因表達的空間分布成為可能。然而，目前對于不同sST平臺的系統性比較研究還較為缺乏，技術之間的差異和數據集的多樣性給標準化評估指標的制定帶來了挑戰。

該研究建立了一套具有明確組織學結構的參考組織和區域，并利用這些參考組織生成數據，比較了11種sST方法。研究發現，分子擴散是不同方法和組織之間的變量參數，顯著影響有效分辨率。

此外，空間轉錄組數據展示了單細胞數據所不具備的獨特屬性，例如增強捕獲模式化稀有細胞狀態及其特定標記物的能力，盡管這種能力受到測序深度和分辨率等多種因素的影響。該研究為生物學家選擇sST平臺提供了指導，有助于促進評估標準的共識形成，并為未來基準測試工作建立框架，可作為開發和評估空間轉錄組分析計算工具的黃金標準。

5.發育研究

中文題目：組織學和單細胞核轉錄組分析揭示玉米莖葉枕發育中韌皮纖維細胞的特化功能和調控葉片角度的關鍵因子

發表期刊：Molecular Plant

發表年份：2024

影響因子：27.5

DOI號：10.1016/j.molp.2024.05.001

文章采用技術：BMKMANU DG1000、Bulk RNA seq、Chip-seq、RNA原位雜交、CRISPR/Cas9

樣本類型：玉米莖葉

文章簡介：

葉片角度（Leaf Angle, LA）是影響玉米種植密度和產量的關鍵因素。然而，調控葉片角度形成的機制尚不清楚。該研究通過對不同玉米自交系的莖葉枕區域進行比較組織學分析，發現葉片角度大小顯著受到莖葉枕上表皮韌皮纖維細胞（SC）的初始伸長和隨后的木質化的影響。通過批量和單細胞核RNA測序，生成了莖葉枕區域的全面轉錄組圖譜，并鑒定了許多可能影響其特化為SC的下皮細胞富集基因。

此外，研究者功能驗證了兩個編碼非典型bHLH轉錄因子的基因bHLH30及其同源基因bHLH155，它們在伸長的上表皮細胞中高表達。遺傳分析表明，bHLH30和bHLH155正向調控葉片角度的擴張，分子實驗表明它們能夠激活細胞伸長和SC木質化相關基因的轉錄。這些發現突出了莖葉枕上表皮SC在通過限制莖葉枕細胞的進一步延伸和增強機械強度來調控葉片角度方面的特化功能。莖葉枕區域的單細胞核轉錄組圖譜不僅加深了研究者對葉片角度調控的理解，還為現代玉米育種中優化植物結構提供了許多潛在靶點。

6.技術算法

中文題目：利用基于膜的邊界定義和提高單細胞分辨率來提高空間轉錄組學

發表期刊：Small Methods

發表年份：2025

影響因子：15.36

DOI號：?10.1002/smtd.202401056

文章采用技術：BMKMANU S1000、Stereo-seq、scRNA-seq

樣本類型：小鼠（腦、腸和肝），球墨西哥鈍口螈（腦、腸和肝）

文章簡介：

準確界定細胞邊界是空間轉錄組學（Spatial Transcriptomics, ST）的技術難題。目前常用的方法是基于細胞核染色或數學推導，這些方法要么排除了細胞質，要么只能確定假設性的邊界。

該研究提出了一種新的細胞邊界定義方法：利用基因編碼的熒光蛋白對細胞膜進行標記，從而能夠在組織切片上精確定位細胞內的測序位點和轉錄本。與基于細胞核的方法相比，這種基于細胞膜的方法顯著增加了捕獲的基因數量，小鼠和墨西哥鈍口螈肝臟中基因數量分別增加了67%和119%。

此外，該方法獲得的表達譜與單細胞 RNA 測序（scRNA-seq）數據更為一致，顯示出更合理的聚類和明顯的細胞類型特異性標記。該方法還提高了單細胞分辨率，能夠更好地識別稀有細胞類型并詳細解析墨西哥鈍口螈大腦和腸的空間域。除了常規細胞外，該方法還能夠準確識別小鼠肝臟中的多核細胞和無核細胞，展示了其分析復雜組織和器官的能力，這是以往方法無法實現的。該研究為改善空間轉錄組學提供了一種強大的工具，具有廣泛應用于生物學和醫學科學的潛力。

7.進化研究

中文題目：追蹤空氣鳳梨從陸地到空中生態位的進化和遺傳足跡

發表期刊：Nature Communications

發表年份：2024

影響因子：14.919

DOI號：10.1038/s41467-024-53756-7

文章采用技術：BMKMANU S1000、Stereo-seq、SMART-seq、16S rRNA測序、全基因組重測序、基因組組裝

樣本類型：空氣鳳梨亞科植物

文章簡介：

該研究以鳳梨科的空氣鳳梨亞科為模型植物，探索其起源、進化和多樣性。通過基于核轉錄組序列的系統發育樹分析，發現核心空氣鳳梨起源于約1130萬年前的安第斯山脈。安第斯山脈的地質抬升推動了空氣鳳梨向儲水型和空氣型的分化。基因組和轉錄組分析揭示了與儲水型和吸收性毛狀體等適應性特征相關的基因變異和丟失。此外，研究還發現了空氣鳳梨葉表皮中特定的固氮細菌群落，可能是其獲取氮素的潛在來源。該研究為理解空氣鳳梨對空中生態位的適應性進化提供了多組學視角。

在短短19個月間，百創時空技術已在科研領域綻放出耀眼光芒，見刊文章數量穩步增長，影響因子成績斐然，研究范圍橫跨多物種與多組織類型，領域覆蓋更是廣泛而深入。這不僅是對百創時空技術先進性與實用性的有力證明，也為眾多科研工作者開辟了新的研究路徑。未來，百創時空技術會持續創新突破，在更多未知領域開疆拓土，助力科研成果不斷涌現，為推動生命科學進步與技術革新貢獻更為強大的力量！?

文章標題：Spatiotemporal dynamics of early oogenesis in pigs

期刊名稱：Genome Biology

影響因子：10.1

合作單位：青島農業大學

發表日期：2025.01.02

研究方法：單細胞轉錄組（10x Chromium）、空間轉錄組（10x Visium）、高分辨率空間轉錄組（BMKMANU S1000）、免疫熒光

百邁客生物為該研究中的E65胚胎卵巢提供了BMKMANU S1000空間轉錄組技術服務。

研究背景

在發育中的哺乳動物卵巢中，卵泡的位置對其生物學功能具有重要影響。休眠卵泡主要位于卵巢皮質外部，對雌性生育周期長短具有重要影響，而生長卵泡則位于髓質區域，對雌性生育的起始至關重要。然而，目前對胚胎階段卵巢微環境形成機制的理解尚不深入，這主要是由于該過程發生在胚胎期，涉及多種異質細胞類型的協同作用。

在小鼠中，原始生殖細胞從外胚層遷移到生殖脊并在性腺中增殖，隨后在特定時間點沿前后軸異步啟動減數分裂。最近的研究顯示，這一過程與經典的維甲酸信號無關，而是通過TEX14形成細胞間橋來實現。這些發現強調了生殖細胞微環境在決定其發育命運中的關鍵作用。

目前對卵巢發育中卵母細胞的研究主要集中在基因表達上，但對卵母細胞在卵泡發生過程中的細微空間定位及主要體細胞類型的空間動力學特征了解有限。通過空間轉錄組學和單細胞RNA測序技術，該研究揭示了豬早期卵巢發育中的皮質-髓質梯度，并發現人豬之間卵母細胞空間定位的保守性，進一步強調了卵巢微環境在決定卵母細胞命運中的重要作用。

材料方法

研究材料：通過人工授精培育妊娠豬（三元雜交：Landrace、Large White和Duroc），分別在受精后45、55、65和75天采集胚胎階段的豬卵巢樣本。

研究方法：scRNA-seq（E45、E55、E65、E75胚胎卵巢，共計18,956個高質量細胞，10x Genomics Chromium）；空間轉錄組（E45、E55、E65、E75胚胎卵巢，10x Visium；E65胚胎卵巢，BMKMANU S1000）

分析方法：空間轉錄組解卷積（Cell2location）；RNA速度分析（Velocyto和scVelo）；單細胞軌跡推斷（Cellrank）；同源基因轉化（biomaRt）；細胞通訊分析（CellphoneDB、biomaRt、ktplots）；蛋白互作分析；GO富集分析；基因模塊分析（Hotspot）

驗證實驗：免疫熒光；圖像分析和定量分析；Western blotting；卵巢組織體外培養

研究結果

1.豬早期卵子發生的單細胞圖譜的構建

為了深入揭示豬卵巢早期卵子發生的時空發育特征，研究者將單細胞RNA測序（scRNA-seq）與10× Visium空間轉錄組（ST）技術相結合，對豬卵巢發育過程中的細胞空間屬性進行了系統分析。4個發育時間點（E45、E55、E65和E75；scRNA-seq各包括2個胚胎；ST：E45、E55、E65各包括2個胚胎，E75，1個胚胎），其中包括早期卵子發生的各階段。保留了18,956個高質量細胞，共鑒定出17個聚類，包含9種主要細胞類型：生殖細胞、雙潛能前顆粒細胞、上皮前顆粒細胞、性腺間質細胞、平滑肌細胞、內皮細胞、血管周圍細胞、T細胞、巨噬細胞。

圖1-發育中的豬卵巢的scRNA-seq

2.豬卵巢空間轉錄組的細胞類型解卷積

為了揭示卵巢發育過程中不同細胞類型的空間動態變化，研究者進行了細胞類型的解卷積分析。盡管scRNA-seq技術為剖析復雜組織中的細胞異質性提供了有力工具，但它缺乏細胞的空間位置信息。因此，研究者采用10× Visium空間轉錄組（ST）技術進行測序，以更好地展現豬卵巢發育過程中不同細胞類型的空間動態變化。研究者首先對ST數據進行了質量評估，確保數據質量符合分析要求。隨后，利用scRNA-seq數據作為參考，通過Cell2location算法對ST數據進行了細胞類型的解卷積，實現了細胞類型的高分辨率定位。

通過解卷積分析，研究者發現在E45和E55階段，細胞類型的空間分布相對較為“隨機”。然而，隨著發育進展到E65階段，研究者觀察到了一個明顯的空間分布模式：生殖細胞在E45-E55階段隨機分布在豬卵巢中，而在E65-E75階段則主要定位于皮層區域，僅有少量位于髓質區域。對于前顆粒細胞群，我們觀察到了兩種具有不同空間定位模式的細胞類型：BPG細胞在E55之前隨機分布，并逐漸在E75時集中于髓質區域；而EPG細胞則在整個發育過程中始終位于卵巢表面。

為進一步驗證分析結果，研究者進行了全組織染色實驗，使用生殖細胞標志物DDX4和前顆粒細胞標志物KRT19對E45至E75的胎兒卵巢進行染色，實驗結果與ST數據分析結果一致。此外，研究者還分析了這些陽性細胞在卵巢背腹軸上的空間分布，并通過熒光強度分析確認了生殖細胞和前顆粒細胞在皮層和髓質區域的不同分布模式。這些發現為深入理解豬卵巢發育過程中細胞類型的空間動態變化提供了重要線索。

圖2-基于scRNA-seq數據使用Cell2location的ST的解卷積

3.空間尺度解析精細尺度豬生殖細胞發育軌跡

為了深入理解生殖細胞在空間環境中的發育過程，研究者提取了生殖細胞進行重新聚類。通過對生殖細胞群的精細分析，研究者發現了五個對應的細胞簇，分別是有絲分裂生殖細胞（FGC_mitotic）、表達MECOM和ATM的前減數生殖細胞（Oogonia_STRA8）、表達SYCP1和DMC1的減數分裂生殖細胞（Oogonia_meiotic）、表達FIGLA和NANOS1的早期卵母細胞（Pre_oocyte）以及表達ZP4和ZP3的卵母細胞（Oocyte）。

為了深入了解早期豬卵母細胞生成過程中模塊基因的功能富集情況，研究人員采用Hotspot算法，利用生殖細胞的scRNA-seq數據識別了相關基因模塊，共鑒定出11個功能各異的基因模塊。通過將單個模塊投影到UMAP圖中，確定了具有簇特異性的信息性基因模塊。剖析了早期豬卵母細胞生成過程中的基因表達譜后，研究人員進一步在空間環境中研究了這一過程。通過對ST芯片上的生殖細胞進行解卷積，揭示了早期卵母細胞生成的皮質-髓質梯度。為了驗證上述分析，研究人員使用生殖細胞標記DDX4和減數分裂生殖細胞細線期標記γH2AX進行了全組織染色實驗，以定位在不同階段啟動減數程序的生殖細胞。評估了C-M軸的熒光強度后發現在E45和E55卵巢中，γH2AX信號沿C-M軸的水平相似，而在E65至E75卵巢中，γH2AX信號在內皮層達到峰值，在髓質區域則減少。

圖3-使用空間轉錄組技術（ST）對生殖細胞空間位置模式的特征化

為了進一步驗證分析，研究人員還在同一E65卵巢組織上使用了更高分辨率（BMKMANU S1000；Spot點大小約為10微米）的平臺進行了ST測序。結果與E65時的Visium ST解卷積一致，使用S1000平臺在E65時可視化ZP3陽性卵母細胞的空間位置也證實了其在內皮層的表達。

圖4-生殖細胞異質性及空間位置模式的特征描述

綜上所述，研究人員成功地在單細胞分辨率下再現了豬生殖細胞的發育過程，并闡明了豬卵巢組織中生殖細胞的空間分布模式。

4.跨物種分析揭示了豬與人類之間生殖細胞基因表達程序及空間位置模式的保守性

為了深入理解哺乳動物卵母細胞生成的空間調控機制，研究人員進行了跨物種分析。研究團隊首先獲取了妊娠后19周人類卵巢的空間轉錄組（ST）數據，并將其與豬E65時期的ST數據進行了比較，以分析卵母細胞生成各階段生殖細胞的空間位置模式。與人類情況一致的是，生殖細胞標記DDX4與5mC和5hmC的共染色顯示，在E55和E75豬卵巢中，5mC和5hmC信號在DDX4陽性細胞中不可檢測，且主要在周圍性腺體細胞中表達。這些結果進一步揭示，除了保守的基因表達程序外，人類和豬在早期卵母細胞生成過程中的表觀遺傳重編程模式也是保守的。

為了研究豬和人類早期卵母細胞生成過程中皮質-髓質梯度是否保守，研究人員基于ST數據探索了卵母細胞生成各階段生殖細胞的空間位置模式。對于早期卵母細胞階段的生殖細胞，這些細胞在卵巢內皮質區域有清晰定位，而在人類中，這些細胞主要位于內皮質和外髓質區域，且在內皮質區域豐度更高。到了卵母細胞階段，豬和人類中這些生殖細胞的位置模式相似，主要位于外髓質區域。通過評估生殖細胞到卵巢表面的相對距離（以卵巢寬度標準化），觀察到豬和人類早期卵母細胞生成過程均顯示出生殖細胞的皮質-髓質梯度定位。這些數據不僅揭示了豬和人類早期卵母細胞生成過程中保守的基因表達程序和表觀遺傳重編程模式，還強調了兩種物種在整個早期卵母細胞生成階段空間動態的保守性。

圖5-豬與人卵巢ST數據的跨物種比較分析

5.基于空間轉錄組學（ST）技術解析豬卵巢發育過程中兩種顆粒細胞譜系的時空特性

在發育中的卵巢中，顆粒細胞與生殖細胞相互作用，形成了卵巢的基本功能單位，即卵泡。因此，研究人員接下來提取了顆粒細胞譜系，并使用UMAP進行了細胞聚類分析，共鑒定出10個細胞簇。分析了潛在時間基因表達動態和顆粒細胞前體發育軌跡中wave II型顆粒細胞（PreGC_II）的命運決定。與PreGC_I相比，簇6和7中的基因在PreGC_II命運決定中起關鍵作用，如WNT6、GREM1和SFRP4，這些結果共同強調了WNT信號分子在豬顆粒細胞前體命運決定中的保守作用。此外，ALDH1A2的上調表明，醛脫氫酶家族成員1A2可能在wave II顆粒細胞發育中發揮重要作用。

使用空間轉錄組學（ST）技術對wave I型顆粒細胞前體（PreGC_I）和wave II型顆粒細胞前體（PreGC_II）的標志性基因進行了空間定位。結果發現，LHX9（PreGC_I的標志）和GREM1（PreGC_II的標志）的信號從E45到E75在卵巢中呈現特定的空間分布模式。在E65和E75，GREM1的信號明顯環繞著DDX4（生殖細胞的標志）的信號，表明卵巢卵泡組裝的早期階段，wave II型顆粒細胞（來源于皮質區域的顆粒細胞前體）在卵巢卵泡組裝過程中發揮了關鍵作用。

接下來，研究人員分析了顆粒細胞譜系的空間特性，進行了細胞類型反卷積，并觀察到卵巢表面上皮（OSE）細胞群主要位于豬卵巢的表面，并隨著發育的進行細胞數量增加。在E45時，I型顆粒細胞前體（PreGC_I）細胞廣泛分布在髓質中，部分位于皮質中；在E65時，觀察到I型顆粒細胞前體（PreGC_I）和II型顆粒細胞前體（PreGC_II）分別呈現出特定的皮質和髓質分布模式。通過免疫熒光分析進一步驗證了這些發現，上述結果共同揭示了豬卵巢發育過程中顆粒細胞譜系的空間時間特性。

圖6-使用ST技術表征前顆粒細胞的發育軌跡及其空間定位模式

6.豬卵巢發育期間主要體細胞類型的空間特性

除了生殖細胞和顆粒細胞外，研究人員還進一步以更高分辨率分析了GI（間質細胞）和Sm（平滑肌細胞）這兩種體細胞在豬卵巢中的空間分布模式，因為這兩種細胞類型在豬卵巢中顯示出特征性分布，表明它們可能在塑造卵巢微環境方面發揮作用，這對早期卵子發生至關重要。

將GI和Sm的標記基因整合到空間轉錄組學中，觀察到這些體細胞的空間位置隨著從E45到E75的發育進展而發生變化。通過RNA速度分析確定的分化譜系細胞和增殖狀態細胞在E45和E55時的卵巢中隨機分布，而在E65時，觀察到這些細胞在卵巢皮質中呈現出明顯的空間聚集模式，特別是在生殖細胞附近。這些發現共同揭示了豬卵巢發育早期體細胞空間位置模式的動態變化，表明它們在形成對早期卵子發生至關重要的卵巢微環境中發揮潛在作用。

圖7-利用空間轉錄組學（ST）表征類固醇生成細胞譜系的異質性和空間位置模式

7.空間共定位分析揭示了皮質區和髓質區存在截然不同的微環境，強調了其在調控生殖細胞命運中的關鍵作用

在闡明了發育中的豬卵巢中主要細胞類型的時空特征后，研究人員接下來研究了空間微環境的變化如何影響發育中卵巢的細胞命運決定。首先對細胞類型豐度進行了非負矩陣分解（NMF），以研究發育中卵巢中細胞的空間共定位。NMF分解的應用成功地表征了位于皮質和髓質的生殖細胞niche，并揭示了與不同空間來源的生殖細胞共定位的體細胞。為了全面理解細胞-細胞通信模式的功能性，研究人員使用CellphoneDB進行GO富集分析，識別了不同區域生殖細胞與體細胞之間的配體-受體（L-R）對，發現皮質和髓質區域之間細胞-細胞通信模式的功能富集結果不同。

此外，研究人員觀察到皮質區域的L-R對顯著富集了NOTCH信號通路，PreGC_ii0和PreGC_ii8表達NOTCH信號介導因子NOTCH2，而其配體DLK1和JAG1則在向減數分裂進程中的生殖細胞中表達，結果表明NOTCH2在豬早期生殖細胞命運決定中發揮著關鍵作用。在髓質區域細胞-細胞通信分析揭示了在卵細胞階段的生殖細胞表達了參與原始卵泡組裝的配體，包括BMP4和BDNF，而它們相應的受體，包括BMPR1A、BMPR1B和SORT1，則由PreGC i4和PreGC i7表達。研究人員發現髓質區域的體細胞表達了一系列細胞外基質（ECM）蛋白，而皮質區域則不是這樣，表明ECM蛋白在調節豬卵母細胞生成中發揮著關鍵作用。

為了進一步驗證細胞通訊分析，研究人員接下來探討了在使用從E55卵巢皮質和髓質中分離的卵巢組織進行體外條件下，補充NOTCH信號抑制劑DAPT和基質金屬蛋白酶抑制劑多西環素是否會影響生殖細胞命運。從E55胎兒卵巢中解剖出皮質和髓質組織，將這些組織進行體外培養，并在用DAPT處理10天后觀察到皮質卵巢組織中減數分裂標志物STRA8的表達水平顯著降低，而髓質卵巢組織則沒有這種情況。相反，在用基質金屬蛋白酶抑制劑多西環素處理10天后，觀察到卵泡形成標志物LHX8的表達水平降低，而在皮質組織中未觀察到可比的影響。綜上所述，這些數據進一步支持了在空間背景下的細胞-細胞通訊分析，并強調了卵巢微環境在調節生殖細胞命運中的重要作用。

圖8-卵巢皮質和髓質之間細胞-細胞通訊模式的比較

研究總結

綜上所述，該研究基于單細胞和空間轉錄組測序，深入探討了豬早期卵子發生過程中的時空基因表達譜和卵巢微環境的空間組織，以及這些特征在人類中的保守性。這些發現不僅豐富了我們對豬繁殖性狀形成復雜機制的認識，還為生殖醫學領域的研究提供了新的視角和方法。

2025年才過去幾天，百創S系列空間轉錄組技術迎來開門紅！本期我們盤點了6篇2025年應用百創S系列空間技術發表的時空組學文章，這些成果發表期刊有Journal for ImmunoTherapy of Cancer(IF=10.3)、Genome Biology(IF=10.1)、Industrial Crops and Products、BMC Genomics以及預印本系統bioRxiv。研究的物種涉及人、豬、鱖魚、玉米、蘆葦、榛子等，涉及組織部位主要是腎腫瘤、胚胎卵巢、幽門盲腸、雌穗、雄穗、莖芽、胚珠等。接下來，我們一起來看看2025最新的時空組學文章吧！

一、人腎透明細胞癌時空圖譜

英文標題：Spatial and single-cell transcriptomics reveal cellular heterogeneity and a novel cancer-promoting Treg cell subset in human clear-cell renal cell carcinoma

發表期刊：Journal for ImmunoTherapy of Cancer

影響因子：10.3

病例樣本：腎透明細胞癌患者

測序策略：單細胞轉錄組、空間轉錄組（BMKMANU S1000細胞分割）

DOI：10.1136/jitc-2024-010183

發布時間：2025.01.04

百邁客生物為該研究提供了單細胞轉錄組和百創S1000空間轉錄組（細胞分割）技術服務。

取樣策略：

單細胞&空間轉錄組(細胞分割)：腎透明細胞癌患者手術切除腎腫瘤組織（n=4，P1-P4）

流式細胞術、組織化學染色：腎透明細胞癌患者PBMC和手術切除腎腫瘤組織（n=15）

① 透明細胞腎細胞癌（ccRCC）是腎細胞癌（RCC）中最常見的組織學類型。然而，免疫抑制細胞的空間和功能異質性以及它們相互作用促進透明細胞腎細胞癌中免疫抑制的機制尚未得到深入研究。

② 在該研究中，研究人員發現了之前未報道過的間質細胞和免疫細胞亞群，并以更高的分辨率繪制了它們的空間位置圖。此外，根據六個特征性基因集（包括上皮-間質轉化高表達細胞群、轉移細胞群和近端小管高表達細胞群）去除了批次效應后，驗證了腫瘤細胞群。

③ 重要的是，該研究鑒定出一種特殊的調節性T細胞（Treg）亞群，該亞群具有終末效應Treg細胞的分子特征，但表達多種細胞因子，如白細胞介素（IL）-1β和IL-18。這組Treg細胞具有更強的免疫抑制功能，且與透明細胞腎細胞癌（ccRCC）隊列的不良預后相關。它們在腫瘤-正常組織交界處與MRC1+FOLR2+腫瘤相關巨噬細胞（TAMs）共定位，形成一個正反饋循環，維持協同的致癌作用。此外，研究人員追蹤了IL-1β+Treg細胞的起源，并揭示IL-18可通過ERK/NF-κB途徑誘導Treg細胞中IL-1β的表達。

圖1-腎透明細胞癌（ccRCC）細胞群的整體分析

二、豬早期卵子發生的時空圖譜

英文標題：Spatiotemporal dynamics of early oogenesis in pigs

發表期刊：Genome Biology

影響因子：10.1

物種樣本：豬

測序策略：單細胞轉錄組、空間轉錄組（10x Visium、BMKMANU S1000）

DOI：10.1186/s13059-024-03464-8

發布時間：2025.01.02

百邁客生物為該研究提供了百創S1000空間轉錄組技術服務。

取樣策略：

單細胞轉錄組：豬E45、E55、E65、E75胚胎卵巢（n=2）

空間轉錄組：豬E45、E55、E65、E75胚胎卵巢，10x Visium；E65胚胎卵巢，BMKMANU S1000

① 該研究結合單細胞RNA測序(scRNA-seq)和空間轉錄組學(ST)來理解時空基因表達譜，并探索在豬卵子發生早期卵巢微環境的空間組織。將卵子發生不同階段的生殖細胞簇投射到空間圖譜中，揭示了發育中的豬卵巢中生殖細胞的“皮質-髓質(C-M)”分布。豬和人之間的跨物種分析揭示了在卵子發生過程中生殖細胞的保守的C-M分布模式，突出了豬可以作為人類早期卵子發生過程的理想模型。

② 利用ST進行RNA速度分析，確定了豬卵巢皮質和髓質區顆粒細胞系的分子特征和空間動力學。空間共定位分析和細胞間通訊分析揭示了皮質和髓質區域生殖細胞和體細胞之間獨特的細胞-細胞通訊模式。

③ 值得注意的是，卵巢組織的體外培養證實細胞間NOTCH信號傳導和細胞外間質(ECM)蛋白在啟動減數分裂和卵子形成程序中起關鍵作用，突出了卵巢微環境對于生殖細胞的命運調控起著重要作用。

圖2-基于scRNA-seq數據使用Cell2location的ST的解卷積

圖3-利用S1000平臺對ZP3在E65階段的表達豐度進行精細可視化分析

三、榛子胚珠時空圖譜

英文標題：Obstacles in sugar transportation lead to blank nut formation in hazel (Corylus heterophylla)

發表期刊：Industrial Crops & Products

影響因子：5.6

物種樣本：榛子

測序策略：空間轉錄組(BMKMANU S1000)

DOI：doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.120365

發布時間：2025.01.04

百邁客生物為該研究提供了百創S1000空間轉錄組技術服務。

取樣策略：

百創S1000空間轉錄組：兩個野生型榛子，包括一個大的、發育中的胚珠（WTL）和一個小的、敗育胚珠（WTs），以及一個從空殼榛子種質中分離出來的敗育胚珠。

① 這篇文章研究了榛子栽培中導致產量損失的空殼果形成的潛在分子機制。向結正常果的野生型榛子和結空殼果的空殼果種質（BNG）植株的葉片中引入13C，并比較了這兩種類型植株葉片和果實中的13C豐度。光合作用的13C標記產物被迅速運輸到苞片和果實中，胚珠中的δ13C值高于苞片、外殼和薄壁組織。

② 對正常發育和敗育胚珠進行空間轉錄組測序，鑒定出可能與胚珠敗育相關的基因。在BNG中，葉片中合成的光合13C產物積累并緩慢向外運輸。BNG的外殼、薄壁組織和胚珠中的δ13C值明顯低于對照組，僅占對照組的1.3%~18.7%。根據每個Spots點基因表達的相似性，研究人員獲得了六個簇，包括476個不同空間區域的獨特差異表達基因（DEGs）。在這些DEG簇中，只有cluster3的DEG在碳水化合物代謝和運輸相關的生物過程中顯著富集，其中蔗糖合酶（SUS，Cor0134990.1）在這些與碳水化合物代謝相關的DEG中表達豐度最高。

③ 根據序列比對結果的相似性，研究人員在擬南芥中鑒定了四個SUS（Cor0134990.1）突變體，它們的種子大小明顯小于野生型。除了SUS外，研究人員還鑒定了一些可能調節榛子胚珠發育的重要基因，為揭示空殼榛子的形成機制提供了新見解。

圖4-高變基因的選擇和Spots聚類

四、全基因組復制在玉米花發育進化中的時空圖譜

英文標題：Cross-species single-nucleus analysis reveals the potential role of whole-genome duplication in the evolution of maize flower development

發表期刊：BMC Genomics

影響因子：3.5

物種樣本：玉米、高粱

測序策略：單細胞核轉錄組、空間轉錄組(BMKMANU S1000)

DOI：10.1186/s12864-024-11186-1

發布時間：2025.01.03

百邁客生物為該研究提供了百創S1000空間轉錄組技術服務。

取樣策略：

單細胞核轉錄組&空間轉錄組：玉米雌穗、雄穗、高粱花序組織

① 在該研究中，研究人員為玉米雌穗、雄穗和高粱花序生成了單細胞核和空間RNA-seq數據。通過結合單細胞核和空間轉錄組數據，研究人員可以追蹤單細胞核簇標記基因的空間表達，并將單細胞核簇映射到空間位置上。這種能力為注釋單細胞核簇提供了強大的支持。

② 將細胞簇解析的轉錄組比較與基因組比對相結合，該研究分析表明，玉米雌穗和雄穗花序的多樣性與玉米特有的全基因組復制事件相關。以高粱作為外類群，很可能是基因表達譜的丟失導致了雄穗和雌穗之間的花序多樣性，從而形成了玉米的單性花結構。此外，雄穗中高表達基因的序列比雌穗中高表達基因的序列更為保守。

圖5-基于空間轉錄組學和標記基因的玉米雌穗和雄穗的細胞聚類與細胞類型鑒定

五、時空圖譜揭示了B染色體在驅動植物入侵中的作用

英文標題：Single-cell and spatial transcriptomics uncover the role of B chromosomes in driving plant invasiveness

發表期刊：bioRxiv

物種樣本：蘆葦

測序策略：單細胞轉錄組、空間轉錄組(BMKMANU S3000)

DOI：https://doi.org/10.1101/2024.12.31.630906

發布時間：2025.01.01

百邁客生物為該研究提供了百創S3000空間轉錄組技術服務。

取樣策略：

單細胞轉錄組：非入侵蘆葦組由根狀莖再生的新形成的芽組織EU 60、EU 78、EU 620；入侵蘆葦組由根狀莖再生的新形成的芽組織NAi nt61、NAi nt113、NAi nt191（每組有3個生物學重復）

空間轉錄組：入侵蘆葦組由根狀莖再生的新形成的芽組織NAi nt61（n=2，兩個重復包埋在一起）

① 入侵植物能嚴重破壞本土生物多樣性，但其成功入侵背后的遺傳機制仍不甚明了。迄今為止，僅對少數入侵物種進行了基因組學研究，且尚未應用單細胞水平的研究。

② 該研究探討了普通蘆葦（Phragmites australis）入侵行為的遺傳驅動因素，這是一種原產于歐洲、后被引入北美并成為入侵物種的耐寒草類。通過整合全基因組測序、單細胞轉錄組測序和空間轉錄組測序技術，研究人員構建了普通蘆葦莖系統的綜合單細胞圖譜。UMAP分析在莖系統中鑒定出19個獨特的細胞簇。基因本體（GO）富集分析實現了對關鍵細胞類型的注釋，包括葉肉細胞、表皮細胞、維管束鞘細胞和木質部細胞，以及莖尖分生組織和側生分生組織、腋生分生組織。RNA速度分析揭示了葉肉細胞的多能性，其中第3簇的葉綠組織細胞被確定為能夠分化為各種組織的祖細胞，而第1簇則向通氣組織發育。

③ 歐洲種群與北美入侵種群之間的比較分析顯示，轉錄活性和基因表達存在顯著差異，尤其是在與莖尖分生組織相關的細胞簇中。入侵種群中B染色體的出現頻率更高，且IMPA-3、SSC3和DDE家族核酸內切酶基因在近所有細胞簇中均顯著上調，尤其是在葉肉細胞和分生組織區域附近。作為抗性（R）基因主要受體的IMPA-3的快速突變可能增強了北美入侵種群的適應性。這些發現為理解普通蘆葦入侵性的細胞發育和基因組多樣性提供了關鍵見解，并為制定生態管理策略提供了寶貴信息。

圖6-對普通蘆葦芽的組織進行單細胞和空間轉錄組學研究

六、鱖魚感染蛙虹彩病毒后幽門盲囊的時空圖譜

英文標題：Dissection of the Global Responses of Mandarin Fish Pyloric Caecum to An Acute Ranavirus (MRV) Infection Reveals the Formation of Serositis and Then Ascites

發表期刊：bioRxiv

物種樣本：鱖魚

測序策略：單細胞轉錄組、空間轉錄組(BMKMANU S1000)

DOI：https://doi.org/10.1101/2025.01.02.631049

發布時間：2025.01.02

百邁客生物為該研究提供了百創S1000空間轉錄組技術服務。

取樣策略：

單細胞轉錄組：接種蛙虹彩病毒（MRV）和PBS 5天后的鱖魚的幽門盲囊組織（n=2）

空間轉錄組：感染蛙虹彩病毒（MRV）的鱖魚的幽門盲囊組織

① 鱖魚蛙病毒（MRV）作為大口黑鱸病毒（LMBV）的一種變體，屬于虹彩病毒科蛙病毒屬的一個獨特成員。急性MRV感染主要影響鱖魚的一個關鍵內臟器官——幽門盲囊，并推測這是導致鱖魚出現嚴重腹水這一特征性外部臨床癥狀的驅動因素。

② 該研究揭示，急性MRV感染最初靶向鱖魚幽門盲囊的漿膜層，并迅速發展為以漿膜肥厚、纖維化、充血、水腫和組織粘連為特征的纖維素性漿膜炎。通過單細胞RNA測序，研究人員分析了上皮、免疫和間質細胞群的細胞組成，確定了巨噬細胞、粒細胞以及T細胞和自然殺傷細胞作為急性細胞因子和炎癥反應的關鍵介體顯著富集。隨后，有力的實驗證據表明，MRV攻擊特定的T細胞和B細胞免疫細胞亞群以及成纖維細胞、肌成纖維細胞、內皮細胞和周細胞的間質細胞，導致增生性漿膜區的細胞外基質（ECM）形成、膠原生物合成和血管重塑相關基因和途徑的上調。此外，宿主來源的V型膠原和MRV編碼的膠原均參與肥厚漿膜中ECM的形成。

③ 綜上所述，該研究提供了對鱖魚幽門盲囊對急性MRV感染的全面單細胞分辨率分析，并強調了病毒驅動的漿膜炎是導致鱖魚嚴重腹水的根本原因。

圖7-受感染幽門盲囊單細胞的空間位置

文章標題：Spatial transcriptome analysis reveals de novo regeneration of poplar roots

發表期刊：Horticulture Research

合作單位：北京大學現代農業研究院

研究物種：楊樹

?技術策略：空間轉錄組（BMKMANU?S1000平臺）

楊樹，作為一種廣泛栽培的經濟樹種，以其高效、快速的扦插繁殖方法廣受認可。然而，要實現高效的扦插繁殖，根系的再生能力至關重要。沒有強大的根再生能力，扦插的枝條將難以成活，進而影響到整個種植計劃的成功。盡管如此，目前關于根再生的研究主要集中在生長素的調控作用上，對細胞分裂素的研究則相對較少。

空間轉錄組學是一項新興的技術，它能夠在細胞水平上揭示基因表達的空間分布情況。這一技術的出現，為我們理解基因如何在特定的空間背景下調控生物過程提供了全新的工具。該研究利用這一技術，構建了楊樹根再生過程的空間轉錄組圖譜，并深入探討了細胞分裂素在根再生中的關鍵作用。研究發現，在楊樹根再生過程中，激素在協調植物生長發育的復雜過程中起著關鍵作用，細胞分裂素響應基因的表達貫穿整個發育過程。并且這些細胞分裂素響應基因的啟動子中普遍存在生長素響應順式作用元件（AuxREs），表明了生長素與細胞分裂素在調控根再生過程中的協同作用。為了更好地理解楊樹根再生過程中細胞的分化路徑，研究團隊采用了擬時序軌跡分析方法，成功繪制了從形成層細胞到根原基細胞的分化路徑，展示了細胞分化的復雜性和動態性。同時，研究還發現了兩個潛在關鍵基因SAC56和LOS1，它們有望為未來增強植物根系再生提供新的解決方案和思路。

總的來說，這項研究通過空間轉錄組學技術，為植物根再生研究提供了新的思路，為我們深入理解植物再生的分子機制提供了新的視角和啟示。

圖1-建立楊樹根再生的空間轉錄組圖譜

圖2-不定根發育過程中的空間轉錄組分析揭示了激素基因表達的區域分布特征

文章標題：Tracing the evolutionary and genetic footprints of atmospheric tillandsioids transition from land to air

發表期刊：Nature Communications

合作單位：浙江大學農學院

研究物種：空氣鳳梨

百邁客生物為該研究提供了空氣鳳梨根的BMKMANU S1000平臺空間轉錄組(細胞分割)測序與分析工作。

植物可以在沒有根和土壤的情況下生存嗎？答案是“可以”。空氣鳳梨便是一個生動有趣的例證，它們無需根系也能脫離土壤在空中生存。這些神奇的植物屬于鳳梨科空氣鳳梨亞科，以其獨特的適應能力而聞名。它們通過特化的葉片表皮毛替代根系的吸收功能，展現了“器官功能互補”的奇妙現象。

空氣植物的進化引發了幾個值得思考的問題：它們是何時、何地從陸生環境轉向空中棲息地的？是什么驅動了這一轉變？空氣植物失去根部功能的遺傳基礎是什么？葉片上的特殊毛狀體是如何代替根部執行吸收功能？最重要的是，它們如何在空中環境中獲取必需的營養物質？

空氣鳳梨

圖1-空氣鳳梨亞科系統發育樹

1.空氣鳳梨的起源于11.3百萬年前的安第斯山脈

為了追溯空氣鳳梨的起源，研究人員廣泛收集了覆蓋空氣鳳梨亞科（Tillandsioideae）78%屬的植物，利用轉錄組測序獲得低拷貝基因的91個核基因，構建了空氣鳳梨亞科植物系統發育樹（圖1）。然后通過祖先重建和分子鐘計算，發現核心空氣鳳梨亞科植物起源于11.3百萬年前的安第斯山脈，祖先類型為積水型鳳梨（圖2a）。大約在6百萬年前，安第斯山脈快速隆起，推動了物種的分化，完全大氣生的空氣鳳梨出現，這些植物通常被稱為“air plants”。地球氣候世代的轉變也加速了物種的分化（圖2b-c）。

圖2-空氣鳳梨亞科的起源與進化動力

2.空氣鳳梨根器官功能退化，僅發揮“固著”作用的遺傳基礎

空氣鳳梨的根部功能顯著退化，主要僅發揮機械“固著”作用或完全缺失。通過基因組和比較基因組分析（圖3a-e），研究人員發現與根發育相關的關鍵基因（如SCR、WER、TTG1、JKD）在附生鳳梨類群中發生了快速進化，并受到選擇固定（圖3i-j）。與側根發育相關的AR1基因家族則出現顯著收縮。與根系響應重力的關鍵基因ARG1丟失，而負調控基因WG2則受到正向選擇。同時，根系對水分響應的關鍵基因EN1也發生喪失。這些結果表明，空氣植物的進化適應增強了它們在大氣生態位中的生存能力。此外，利用相同的方法，研究人員還找到了空氣鳳梨耐旱的基因組適應性進化的關鍵基因（圖3f-g）和積水類型鳳梨蓄水槽形成的關鍵基因AS1的變異選擇（圖3h）。此外，研究人員通過空間轉錄組分析發現，與次生細胞壁合成相關的多個基因在根被和皮層組織中表現出快速表達，為根系在生長過程中迅速木質化并發揮機械“固著”作用提供了分子基礎(圖4)。

圖3-比較基因組分析揭示空氣鳳梨耐旱、根退化和蓄水槽形成的遺傳基礎

圖4-空間轉錄組揭示根系木質化機制

3.特化表皮毛替代根系獲得吸收功能，實現“器官功能互補”的機制

隨著根部失去吸收水分和養分的能力，附生鳳梨科植物的葉片表皮中特化的表皮毛進化出了吸收功能，代替根系，實現了“器官功能互補”。這些多細胞表皮毛由基部活細胞和死盾形部分組成，表面覆蓋薄層角質層，能夠阻止毛細管流動，這對其吸收功能至關重要。研究人員通過大規模比較基因組分析鑒定出與角質合成相關的三個關鍵串聯重復基因——CYP96A15（圖5a）。這三個基因在所有附生鳳梨植物中經歷序列變異后被選擇并固定(圖5b)。在原位雜交實驗中，發現這些CYP96A15重復基因在表皮毛的頂端和基部細胞中特異性表達(圖5c)，進一步表明它們可能在空氣鳳梨表皮毛吸收功能的獲得中發揮了關鍵作用。此外，研究人員還通過空間轉錄組技術，鑒定出多個在表皮毛細胞中特異性表達的基因，為后續空氣鳳梨表皮毛的研究提供了新的突破口(圖6)。

圖5-表皮毛獲得吸收功能的關鍵基因變異選擇

圖6-表皮毛發育的標記基因

4.空氣植物葉際微生物的共進化是其養分的主要來源

在解決了水分吸收問題后，另一個對空氣植物生存至關重要的問題是養分問題。研究人員通過16S rRNA測序和宏基因組分析，發現空氣鳳梨葉表附生了大量固氮細菌（圖7a），且這些細菌具有特異性，特別是1174-901-12屬細菌，專一性地附生在空氣鳳梨的葉表，并且在細菌類群中占據主要地位，可能與空氣鳳梨共進化（圖7b-c）。此外，固氮酶nifA和nifH的發現進一步證實了這些細菌的固氮能力(圖7d)。這些固氮細菌可能成為空氣植物的主要氮源，尤其在營養匱乏的空中環境中尤為重要。

圖7-空氣鳳梨葉際固氮細菌的鑒定與分析

總的來說，這項研究全面系統地揭示了空氣鳳梨植物從陸生到空生的遺傳與進化機制（圖8），為陸生植物進化動力和方向研究提供了新思路新見解。

圖8-空氣鳳梨陸生到空生的進化歷程圖

BMKMANU S5000正式發布

隨著百邁客生物在時空組學領域的不斷探索，在保證具備亞細胞分辨率的條件下，研究團隊已成功完成了全尺寸場景適配捕獲芯片BMKMANU S5000的研發與測試。捕獲面積：50mm*60mm；捕獲位點數：271,939,845；微球直徑：2.5μm；相鄰微球的中心距為3.5μm。該產品的推出大大降低了空間轉錄組實驗對樣本尺寸的限制，將更大程度地滿足當前科研需求。

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