中科院研究員成功建立小鼠早期胚胎空間轉(zhuǎn)錄組圖譜

瀏覽次數(shù)：5034　發(fā)布日期：2016-3-28　來源：中國科學院上海生命科學研究院

3月22日，國際知名學術期刊《細胞》子刊《發(fā)育細胞》在線發(fā)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科院-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(jié)合激光顯微切割以及單細胞測序(Fluidigm BioMark HD基因分析系統(tǒng))等先進技術，繪制了小鼠早期發(fā)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(zhuǎn)錄組特征、轉(zhuǎn)錄因子和信號通路調(diào)控網(wǎng)絡。

原腸運動是高等動物早期發(fā)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(fā)生了劇烈的細胞增殖和細胞遷移，分化為外、中、內(nèi)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(fā)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(fā)育方向。因此，對早期胚胎進行空間位置特異的轉(zhuǎn)錄組分析，可以解析早期胚胎發(fā)育命運決定的分子機制，對預防相關的早期發(fā)育疾病也有十分重要的意義。在景乃禾研究員指導下，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(zhuǎn)錄組測序的空間轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄組測序。在韓敬東研究員的指導下，博士生索生寶對這些高通量數(shù)據(jù)進行了生物學信息學分析。該項工作發(fā)現(xiàn)并鑒定了許多新的胚層特異標記基因，構(gòu)建了整個原腸運動中期高質(zhì)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(xiàn)。更重要的是，該項工作還鑒定了一組能夠代表E7.0時期發(fā)育狀態(tài)和特異空間結(jié)構(gòu)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(nèi)胚胎的特定位置，從而將未知來源的干細胞定位于體內(nèi)胚胎的相應部位。這一研究結(jié)果，也為認識干細胞的全能性與分化潛能以及干細胞轉(zhuǎn)化醫(yī)學應用提供了全新的視角和理論指導。

在研究過程中，課題組研究人員通過使用fluidigm的Biomark HD基因分析系統(tǒng)完成了復雜的高通量定量PCR檢測，對RNAseq的數(shù)據(jù)結(jié)果進行進一步的研究分析。研究人員首先對cDNA的特定靶序列進行擴增，然后分別將樣本和引物等微升級反應體系，通過微流控技術加樣到芯片樣本上。準備好芯片后，將其轉(zhuǎn)移到Biomark HD系統(tǒng)中進行40個循環(huán)的擴增，擴增后的PCR再通過Fluidigm的SINGuLAR工具進行整理和分析。利用這種方法，可在短時間內(nèi)對幾十個微量樣本進行每個樣本數(shù)十個基因位點的高通量檢測。

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