5月5日,時空組學聯盟暨首期專輯成果發布會在深圳國家基因庫舉行。深圳華大生命科學研究院聯合6個國家的32個科研團隊共同參與完成了全球首批生命時空圖譜,並於4日晚在Cell出版社官網以時空組學聯盟(STOC)專題的形式發布。這是首次從時間和空間維度上對生命發育過程中的基因和細胞變化過程進行超高精度解析,為認知器官結構、生命發育、人類疾病和物種演化提供全新方向。

研究人員利用華大自主研發的堪稱「超廣角百億像素生命照相機」的時空組學技術Stereo-seq,首次繪製了四種模式生物胚胎髮育或器官的時空圖譜,包括和人的基因相似度高達80%的實驗室明星小鼠、參與高中課本裏著名的摩爾根雜交實驗的果蠅、胚胎髮育研究的重要模式生物斑馬魚和植物研究的「網紅」擬南芥。

超廣角百億像素生命照相機 生命科學工具的里程碑式突破

Stereo-seq技術能同時「拍到」組織裏每個細胞的基因信息和空間位置,同時具備超廣角和百億像素。其使用的芯片是研究人員基於華大自主研發的DNBSEQ測序技術研製的具有空間位置信息的、陣列式排布的DNA納米球空間捕獲芯片。該芯片可以實現超高精度和超大視野的生命分子成像,其分辨率可達500納米(單個細胞可被400個像素點捕獲),實現亞細胞定位。

小鼠胚胎第9.5-16.5天的時空圖譜。圖片來源:香港文匯報

同時,該技術還可以達到最大13厘米x13厘米的超大視野,實現器官和生命全景分子細胞圖譜的繪製,解決了目前相關技術分辨率低,不能實現單細胞分辨率;視場小,不能進行較大組織的研究等問題。

《細胞》論文第一作者、深圳華大生命科學研究院時空組學首席科學家陳奧表示,通過Stereo-seq技術,人類首次以500納米的空間分辨率實現了生命全景時空圖譜的繪製。在過去,要做幾千甚至上萬次的實驗才能完成的時空圖譜。現在,在華大自主研發的時空芯片上,只需一次定位就能實現。這是生命科學工具的里程碑式突破。

研究人員還基於Stereo-seq技術成功開發出適用於植物的單細胞空間組技術,並將此技術應用於植物葉片細胞的空間組學研究,攻克了長期以來研究人員無法對植物葉片中高度相似細胞類型的分子特徵進行有效解析的難題。該技術將會應用於植物基礎科學研究和作物育種研究中,如在水稻、小麥和玉米等作物的種子發育和抗旱、耐高溫和耐鹽等機制解析中進行優勢關鍵基因的挖掘,為高產、優質、抗逆作物品系的培育貢獻力量。

系列研究由深圳華大生命科學研究院聯合中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院、南方科技大學、華中農業大學等來自6個國家的32個科研團隊共同參與完成。研究已通過倫理審查,嚴格遵循相應法規和倫理準則。

(來源:香港文匯報)