新型单细胞转录组测序:一次锁定10000个基因表达 | 世界种业网

新型单细胞转录组测序:一次锁定10000个基因表达

突破性新技术一次成像单细胞内10421个基因。这项工作由加州理工学院生物学教授、陈天桥雒芊芊研究院(Tianqiao and Chrissy Chen Institute)神经科学附属学院成员Long Cai主持。6月7日,论文发表于《Cell》杂志。

新技术被称为内含子序贯荧光原位杂交(sequential fluorescence in situ hybridization,seqFISH),这是一个重大进展,以前,研究人员只能在显微镜下观察四到五个基因,现在,利用seqFISH科研人员能同时识别数百个不同细胞的半个完整基因组。

这项工作建立在Cai教授实验室之前的研究基础之上,他们分别在2014年和2017年开发了seqFISH的两个早期版本。

此次,seqFISH被扩展到了基因组水平,成像范围也扩大到了单细胞内超过10000个基因,约占哺乳动物基因总数的一半。

为了使遗传指令变成实用的蛋白质,基因需要经历“转录”过程,该过程经常突然发作。基因先被读取然后复制为信使RNA前体(pre-mRNA),科学家们把它们比喻为一份快速草稿。待这些分子成熟后它们就会转变为“编辑草稿”信使RNA(mRNA)。在编辑过程中,pre-mRNA的内含子区域被剪辑切除。

研究小组致力于内含子标记,因为它们是转录过程的早期产物,可以指示基因表达的精确时间。

利用新开发的内含子seqFISH技术,每个内含子被都标记上唯一的荧光条码以便显微镜观察。当一个基因被开启时,荧光条码可以指示基因表达的强度和位置。

10421个内含子(即10421个基因)可以同时成像。

之前开发的条形码技术侧重点在标记mRNA本身。这种首次利用内含子的监测策略被称为“新生转录组(nascent transcriptomes)”。

研究人员发现,纵观全局许多基因都存在转录组振荡,振荡的时间尺度被Cai教授称为“令人惊讶的短暂”。细胞分裂和复制需要12-24个小时,但转录组振荡周期仅为2个小时。这说明着,细胞内许多基因是以2小时为周期发生突变的!

过去人们从未观察到这种振荡的原因有很多,一是不同细胞之间的2小时振荡周期并非同步,波动被多细胞测量方法平均了;二是seqFISH的高精确度允许研究人员确信他们观察到的是真实的生物波动,而不是技术噪音;三是哺乳动物的mRNA分子寿命长达3至4个小时,只有直接测量内含子才能发现2小时周期。

此外,因为内含子被留在了基因的物理位置,荧光成像就能可视化基因在染色体内的位置,由此,科研人员惊奇地发现,大多数活跃的蛋白质编码基因都位于染色体表面,而不是埋藏在染色体内。

“这项技术可用于任何组织,”Cai教授说,他也是人类细胞地图(Human Cell Atlas)项目的合作者。“除了可视化染色体结构,内含子seqFISH还能帮助我们定义细胞类型、预测细胞接下来将要做什么。”

本文来源于:生物通

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