期刊名称 ：Nature Genetics

合作单位 ：北京大学现代农业研究院

发表时间 ：2024年7月8日

影响因子 ：31.7

研究对象 ：西瓜

测序技术 ：HIC测序

百迈客生物为该研究提供HIC等建库测序服务 。

泛基因组是一个物种中所有个体基因组信息的总和 ，构建泛基因组可以有效解决单一参考基因组带来的信息缺失和分析偏差 。而超级泛基因组则代表一个属内所有物种的基因组信息 ，尤其蕴含了野生种中丰富的基因组变异 ，是对泛基因组的进一步扩展 ，在远缘杂交和基因发掘等方向具有重要应用前景 。

西瓜是世界重要的园艺经济作物之一 ，富含抗氧化剂番茄红素和增强血液循环的瓜氨酸 ，口味甘甜 ，享有夏季”水果之王”的美誉 ，深受全球消费者喜爱 。西瓜全球年产量接近1亿吨 ，我国作为种瓜和吃瓜第一大国 ，生产和消费了全球总量的60%以上 ，西瓜产业在乡村振兴和农民致富中占有十分重要的作用 。我国西瓜产业的迅速发展离不开优良的品种  ，依靠一代代育种家的不懈努力 ，我国成为世界上西瓜种质创新和品种选育最为活跃的国家 ，在品种种源方面实现了完全自主可控 。随着气候变化的加剧和病虫危害的日益严重 ，西瓜生产面临着严重的挑战 。在现有优良品种的基础上 ，“植入”缺少的抗病耐逆优良基因 ，是西瓜种质创新的关键问题 ，对维持我国西瓜产业高质量绿色发展十分重要 。栽培西瓜在驯化和品种改良过程中因为对品质和产量的追求 ，导致遗传多样性非常狭窄 ，抗病耐逆基因大量丢失 ，而在西瓜的祖先即野生西瓜中存在广泛的遗传与表型多样性 ，具有丰富的抗病耐逆等基因资源 ，是西瓜遗传改良和种质创新的宝库。

2024年7月8日 ，北京大学现代农业研究院在国际顶尖期刊《自然-遗传学》上在线发表了题为Telomere-to-telomere Citrullus Super-pangenome Provides Direction for Watermelon Breeding的研究成果 ，是西瓜科研领域的重大突破 。

该研究绘制了西瓜属全部7个种的28份代表性材料的端粒到端粒（T2T）高质量基因组图谱 ，成功构建首个属级T2T水平超级泛基因组 。得到总计768.5Mb ，32,513个基因家族的西瓜属泛基因组 ，是单个西瓜基因组的1.5倍 ，增加了11,225个栽培西瓜中没有发现的基因 。基于T2T高质量基因组图谱 ，该研究首次全面比较了西瓜属的着丝粒序列 ，其丰富的变异和特有的进化关系影响了不同种之间的杂交配对 。因此 ，该超级泛基因组极大地扩展了西瓜遗传改良的基因池 。（图1）

图1-西瓜属7个种的28份代表性材料的多样性与泛基因组图谱

利用基因组序列 ，该研究拓展了西瓜属的分类系统 ，核实了西瓜起源于非洲的理论依据 ，并发现栽培西瓜除之前报道的cordophanus亚种外可能还存在其他祖先 。另外 ，天天彩票在西瓜属内发现了三次重大染色体重排事件和两个超长片段倒位 。这些染色体重排显著影响了西瓜的抗性 、品质相关基因以及三维基因组结构 ，并在栽培种中得以保留 。同时 ，这些发现也为回交育种过程中避免连锁累赘提供了基因组基础 。（图2）

图2-西瓜属进化与栽培西瓜的起源

该超级泛基因组鉴定出西瓜属超过461,987个SV ，构建了西瓜图形泛基因组 。该研究通过SV-GWAS鉴定了驯化过程中丢失和获得的关键基因 ，挖掘了与葫芦素含量 、含糖量 、果肉着色等重要性状相关的功能基因结构变异 ，发现在西瓜驯化过程中 ，伴随着多个与甜度增加 、果肉变红相关的基因簇扩张 ，大量抗病功能相关的基因簇丢失 。该研究为西瓜育种家提供了最完整的基因组资源 ，助力深入理解西瓜基因组的复杂性和多样性 ，从而高效挖掘和利用野生西瓜种中的有利基因 。（图3）

图3-西瓜属重要性状基因结构变异图谱

最后 ，该研究利用野生西瓜的基因组序列和抗病基因信息 ，通过种间杂交选育形成了抗多种病害的自交系‘PKR6’ ，并有效确定了西瓜抗枯萎病生理小种候选基因 。该研究提供了利用野生种质创制优异育种材料的范例 ，从而将驯化过程中丢失的抗病基因重新有目的地导入栽培种中改良种质 ，对加速抗病品种选育 、促进西瓜产业高效发展具有深远意义 。（图4）

图4-远缘杂交创制优良抗病种质PKR6基因组及枯萎病抗性表型

西瓜属端到端超级泛基因组是最高质量最全面的西瓜属基因组序列图谱和变异图谱 ，它揭示了西瓜属的基因组演化历史 ，发掘了西瓜野生种中丰富的遗传多样性 ，提供了利用野生种质创制优异育种材料的新范例 ，为其他作物超级泛基因组的构建和野生种质的利用指明了方向 。

内容来源于北京大学现代农业研究院 ，侵删

文章标题 ：Systematic comparison of sequencing-based spatial transcriptomic methods

期刊名称 ：Nature Methods

研究对象：小鼠胚胎（眼球） 、成年小鼠脑（海马区）和嗅球

研究团队 ：广州实验室 、西湖大学 、墨尔本大学 、哈佛大学等

影响因子 ：36.1

DOI ：10.1038/s41592-024-02325-3

研究背景

尽管sST技术通过促进转录组尺度的空间基因表达测量催化了生命科学领域重要的进展 ，但目前还缺乏对不同平台进行全面基准测试的评估 。现有的技术和数据集的可变性对制定标准化评估指标提出了挑战 。但由于技术和数据集之间的差异性 ，该领域目前仍缺乏全面的基准测试研究 。

实验基准数据

使用11种sST技术 ，对三种组织进行实验 ，测序及分析 ，并对可以实现更高分辨率的BMKMANU S1000 、Stereo-seq及Slide-seqV2 在细胞级（10μm）分辨率下进一步进行了分析 。

文中使用的上一代BMKMANU S1000空间转录技术 ，per spot 直径2.5μm ，中心距4.8μm ，达到了亚细胞级别的分辨率 ，并是其中可以提供高清原片明场成像的高分辨率技术 。BMKMANU S1000在脑海马的数据组中除了展现出卓越的分子逸散控制性能外 ，还在基因的检出中有优秀表现 ，研究成本温和 ，综合性能优秀 ，是空间组学研究者的高效手段工具 。

图1-不同技术原始测序UMI热图

捕获能力测试

在各个平台的捕获性能测试中 ，文章通过对相同捕获面积内的UMI数进行统计 ，以此来进行捕获效率的评判 ，文中分别对原始测序下 ，以及数据归一化条件下 ，进行了统计 ，展示出了较大的差异 ，这意味着不同的测序量对UMI的检出存在较大的影响 ，高的数据量可以明显提升UMI的检出 ，隐性表示空间组学应需要比单细胞更高的测序深度 。

图2-全部数据及归一化数据下各个技术的UMI捕获

同时在归一化的结果下 ，高分辨率技术中 ，BMKMANU S1000展现出了极为优秀的基因捕获能力。

图3-全部数据及归一化数据下各技术基因的捕获

文中对visium(polyA-based)未能捕获到的基因 ，在其它技术平台中的表现也做了统计 ，其中BMKMANU S1000 、Stereo-seq及Slide-seqV2都展现出了统一且全面的基因捕获性能 。

图4-全部数据下各个技术对visium(polyA-based)未检出基因的检出统计

分子横向扩散测试

通过小鼠嗅球（Pixel-seq ，Stereo-seq ，Slide-seqV2）,小鼠脑海马（BMKMANU S1000 ，Slide-seqV2 ，Salus ，Stereo-seq） ，小鼠胚胎眼球（BMKMANU S1000 ，Stero-seq ，Slide-seqV2）经典marker（Slc17a7 、Ptgds及Pmel）的回溯来评估分子的横向逸散问题 ，发现BMKMANU S1000在脑海马的表现优秀 ，在小鼠胚胎眼球中表现不足 ，不同的技术表现出的差异 ，文中也给出了推论 ：可能跟样本切片操作及组织透化等实验存在关联 ，提示后续的研究者在样本准备及透化实验应该更加的谨慎 。

图5-不同技术分钟横向扩散评估

聚类及注释

通过对各种技术平台小鼠胚胎眼球数据的聚类注释并与经典结构做对比 ，进行了评估测试 ，在全部数据下Slide-seqV2,Stereo-seq表现出了预期结果 ，BMKMANU S1000 在黑色素细胞的分型中未能预期 ，这也跟之前的分子横向扩散结果相匹配 。同时在归一化的数据下 ，BMKMANU S1000与其它两种技术有了相似的细胞类型检出 ，这样证明测序的数据量也会对后续的细胞类型鉴定造成影响 。

图6-全部数据下各技术注释结果

图7-归一化数据下各技术注释结果

跨技术平台的marker及通讯分析差异

通过各个聚类差异marker的鉴定 ，发现不同的技术上有不同的表现，这可能与实验中的条件 ，尤其是透化条件 ，测序深度等存在一定的关系 。

图8-技术平台间marker基因的共享情况

不同sST方法和通讯分析方法（如CellChat和CellphonesDB_v4）并未获得一致结果 。

文章总结

本次项研究中 ，首次使用11种sST方法对目标组织进行了空间转录组学分析 ，生成了一个跨平台的数据集（称为cadasSTre） ，旨在对基于测序的空间转录组（sST）方法进行基准测试 ，深入比较了这些方法的灵敏度 、扩散性 、聚类能力和标记基因检测性能 ，以及不同聚类方法 ，通讯分析方法存在的差异 。更是通过空间数据与单细胞数据的比较提出了空间转录组并非仅有为单细胞数据添加空间维度信息一个属性，更在特殊状态细胞等方面存在意义 。

研究结果表明 ，上一代BMKMANU S1000在图像 ，基因检出 ，研究成本控制上表现突出 。研究者也同样认为虽然spot直径是一个相对重要的指标 ，但是相比于此 ，整体基因的捕获 ，分析扩散的控制更为重要 。

三种高分辨率的技术 ，分别在嗅球 ，眼球 ，脑海马样本中的表现不一 ，没有恒定优秀的平台 ，这说明空间数据的差异 ，很有可能除了技术平台的差异 ，很大程度上会受样品类型以及实验差异的影响 。提醒后续的研究者在前期的备样及实验中应更加的谨慎 。

百迈客生物在长期的空间高分辨率空间产品服务中 ，积攒了足够的样本经验 ，可以确保前期实验对结果差异影响降到最低 ，同时新一代百创S3000产品更是在分子捕获方面有了非常大的提升（30%-70% ，不同物种及组织UMI数目）同时结合百创独有的“三片合一”细胞分割策略可以更好提升结果准确性 ，能够获取到更为丰富 、深入的细胞及空间位置信息 。这不仅提高了研究的准确性和可靠性 ，还能够为科研工作者提供更加清晰 、直观的空间细胞级别图像 ，帮助更好地理解和分析实验结果 。

百迈客生物也期待更多的科学家和业界专家加入到这一领域的研究中来 ，共同推动生命科学领域的繁荣与发展 。

文章标题 ：Metabolomics and transcriptomic profiles reveal membrane lipid metabolism being an important factor of sliced taro browning

期刊名称 ：Postharvest Biology and Technology

影响因子 ：7.0

合作单位 ：韶关学院和华南农业大学

研究对象 ：芋头

研究方法 ：生理 、转录组学 、代谢组学等

百迈客生物为该研究提供了植物广靶 、转录组测序和分析服务 。

研究背景

在饮食中加入更多的新鲜蔬菜可以带来许多健康益处 ，包括降低对慢性疾病的易感性和减缓衰老过程 。市场上根茎类蔬菜切根产品的保质期短 ，破坏了这些优势 。切面褐变是限制切片蔬菜产品寿命的主要因素之一。因此 ，了解切片产品褐变背后的机制对于开发创新技术至关重要 ，这些技术可以在储存和消费过程中有效地保持这些产品的营养价值和整体质量 。

实验材料

本研究选用购自中国韶关的“冰琅玉”品种(Colocasia esculenta) 。用于调查的芋头大小相似 ，从大约800克到1000克不等 ，没有任何明显的缺陷或机械损伤 。这些选定的芋头被迅速运送到实验室 ，为了确保清洁 ，在削皮和切割之前 ，要用自来水冲洗掉芋头球茎表面残留的淤泥 。然后 ，将芋头削皮 ，切成约1厘米厚的薄片作进一步实验 。首先用次氯酸钠溶液(0.1 g/L)对芋头切片进行灭菌 。随后 ，将无菌芋头片密封在聚乙烯袋中(0.02 mm厚 ，尺寸为20 × 30 cm) (Xiao et al, 2020) 。最后 ，芋头切片冷藏(4℃) ， RH为90-95% ，持续12天 。样品每隔2天采集一次 ，用于后续分析 。在第0天(C0) 、第6天(C6)和第12天(C12)获得的样本用于植物广靶代谢组学和转录组学分析 。

研究结果

1.生理分析——冷库条件下芋头片褐变评价

芋片切面颜色随贮藏时间的变化如图1A所示 。切面L*值从0 d时的88.72下降到12 d时的80.36 ，冷藏12 d后L*值下降了9%(图1A) 。芋头切片表面的a* 、b* 、△E和BI值在冷藏过程中也表现出类似的变化趋势(图1B-E) 。这些褐变指标随着贮藏时间的延长而增加 。冷藏12 d后 ，a* 、b* 、△E和BI值分别比0 d增加了582%、58% 、725%和19%(图1B-E) 。宏观褐变症状在第6天首次出现 ，并在随后的储存过程中逐渐加剧(图1F) 。综上所述 ，这些结果表明 ，即使在低温(4℃)条件下 ，切片芋头在储存过程中也会发生褐变 。

为了阐明切片芋头褐变的机制 ，研究人员分别在第0天 、第6天和第12天对芋头样品进行了转录组学和代谢组学分析 。

图1-4℃贮藏期间切片芋头的褐变发展

2.代谢组分析——切片芋头褐变过程代谢组学分析

为了比较芋头切片褐变过程中三个阶段代谢物组成的差异 ，研究通过植物广靶代谢组学分析 ，总共成功鉴定了芋头切片中的638种代谢物 。PCA分析显示 ，三个储存点采集的芋头样品具有明显的分离性(图2A) 。在C0 vs C6中 ，共鉴定出206个DAMs ，其中99个DAMs的丰度增加 ，107个DAMs的丰度减少 。C6 vs C12共197个DAMs ，分别有84个DAMs丰度增加 ，113个DAMs丰度减少 。C0 vs C12包括119个DAMs ，分别有51个DAMs和68个DAMs显示丰度增加和减少(图2B) 。这些结果表明 ，在褐变过程中 ，代谢物丰度的减少幅度更大 。

韦恩图分析评估每个差异分组特有和共有的DAMs (图2C) 。图2D-F展示了每个比较组中丰度增加和减少的top20的DAMs 。C6组中10个代谢物丰度升高 ，如2′-脱氧腺苷 、3-O-对香豆酰奎宁酸 、n -乙酰- l -苏氨酸 、松柏醛 、9(10)-EpOME 、6-O-咖啡酰丁醇 、表肌醇 、l -同型半胱氨酸 、5-O-对香豆酰奎宁酸 、异鼠李素 。相反 ，琥珀酸酐 、9-(阿拉伯糖基)次黄嘌呤 、氨基丙酸 、N6-(2-羟乙基)腺苷 、2-(二甲氨基)鸟苷 、苄基-(2 ‘-O-木糖基)葡萄糖苷 、鸟苷 、肌苷 、D-甘露糖和肌苷5 ‘ -单磷酸在C6组中的丰度较低(图2D) 。

在C6和C12中 ，9(10)- epOME 、n -乙酰- l-苏氨酸 、2 ‘ -脱氧腺苷 、松木醛 、2-亚麻油基甘油-1,3-二- O-葡萄糖苷 、6- O -对咖啡酰基熊果甙 、5-O-对香豆酰基奎宁酸 、异鼠李素 、反式- 4-羟基肉桂酸甲酯和3- O -对香豆酰基奎宁酸在C12组中表现出更高的富集度 。相反 ，9-(阿拉伯糖基)次黄嘌呤 、酪氨酸 、S-Aiiyl-L-半胱氨酸 、8 ，11 ，14-二十烷三烯酸甲酯 、L-蛋氨酸甲酯 、LysoPC17:0 、鸟苷 、肉桂酸 、11 、14 、17-二十碳三烯酸和黄嘌呤在C6组中具有更高的丰度(图2E) 。

在C0和C12中 ，9(10)- epOME 、n -乙酰- L-苏氨酸 、2 ‘ -脱氧腺苷 、5- O -对香豆酰基奎宁酸 、2-亚麻油基甘油-1,3-二- O -糖苷 、松木醛 、6- O -对咖啡酰基熊果甙 、异鼠李素 、3-O-对香豆酰基奎宁酸和反式-4-羟基肉桂酸甲酯在C12组中含量较高 。相反 ，9-(阿拉伯糖基)次黄嘌呤 、肌苷 、S – aiiyl -L -半胱氨酸 、8 ，11 ，14-二十烷三烯酸甲酯 、L-蛋氨酸甲酯 、LysoPC17:0 、鸟苷、肉桂酸 、11 、14 、17-二十碳三烯酸和黄嘌呤在C0组中表现出更高的丰度(图2F) 。

图2-切片芋头植物广靶代谢组分析

3.代谢组分析——切片芋头褐变过程中DAMs的积累模式

为进一步分析代谢物在9个样本的积累模式 ，该研究进行了聚类热图分析 。结果显示 ，随着贮藏时间的延长 ，褐变程度逐渐增加 ，推测持续增加的DAMs可能有助于切片芋头的褐变或促进其褐变过程 。因此 ，该研究关注分析在褐变过程中丰度持续上升的DAMs (图3B-L) 。确定了11个DAMs在褐变过程中丰度持续增加 ，如2-α-亚麻烯酰甘油 、甘油亚油酸 、(9Z,11E)-十八烯二烯酸 、N-油基乙醇胺 、γ-亚麻酸 、1-亚麻油基甘油 、2-亚麻油基甘油 、N-α-乙酰基- L-鸟氨酸 、α-亚麻酸 、9-羟基-10 、12-十八烯二烯酸和1-α-亚麻烯酰甘油 。值得注意的是 ，在这11个DAMs中 ，有10个是脂肪酸或脂质衍生物 。几种褐变指标与这些水DAMs之间的相关系数非常高 。这些结果表明，在切片芋头中脂质代谢与褐变发展之间存在潜在的联系 。

图3-切片芋头中差异代谢物(DAMs)的积累模式

4.转录组分析——冷藏芋头切片褐变过程的转录组学分析

为了更好地了解基因表达的变化 ，该研究进行比较转录组分析 。结果显示许多基因在芋褐变过程中表现出不同的表达谱 。具体来说 ，在C0和C6的比较中 ，鉴定出3103个表达上调的基因和1685个表达下调的基因 。同样 ，在C6和C12组的比较中 ，发现3021个DEGs上调 ，2350个DEGs下调 。此外 ，与C0组相比 ，C12组有5108个基因的表达量更高(图4A) 。在褐变过程中发现了更多的上调基因 ，表明芋头的基因表达发生显著的变化 。有趣的是 ，当比较C0与C6 、C6与C12 、C0与C12之间的DEGs时 ，发现1396个DEGs重叠(图4B) 。

根据褐变过程中的表达模式 ，将DEGs分为6个簇 。每个聚类(从1到6)分别由1607 、1293 、533、1741 、634和2470个度组成(图4C) 。KEGG富集分析显示 ，簇1中有四个途径的DEGs显著富集:α-亚麻酸代谢 、生物素代谢 、植物-病原体相互作用以及淀粉和蔗糖代谢(图4D) 。此外 ，集群2中的DEGs在α-亚麻酸代谢 、植物-病原体相互作用以及倍半萜和三萜生物合成途径中富集(图4E) 。

图4-切片芋头褐变过程中的转录组学分析

5.联合分析——基因共表达网络构建

为了进一步研究脂质代谢与冷藏芋头切片褐变之间的关系 ，研究采用WGCNA分析进行研究 。如图5A所示 ，鉴定出两个与切片芋头在冷藏期间褐变发育显著相关的模块 。蓝色模块中基因与褐变BI 、a* 、b* 、△E 4项指标呈正相关 ，而绿松石模块中基因与褐变指标呈负相关(图5B) 。此外 ，随着褐变的发展 ，蓝色模块中基因的表达量逐渐增加 ，而绿松石模块中基因的表达量逐渐减少(图5C) 。此外 ，蓝色和绿松石模块中每个基因与褐变的相关性都很高(图5D) ，说明这两个模块的基因与冷藏芋头片的褐变发育高度相关 。

切片芋头的褐变与蓝色模块中的基因正相关 ，对该模块中的基因进行了KEGG富集分析 。在top20个富集的KEGG通路中 ，泛素介导的蛋白水解 、α-亚麻酸代谢和谷胱甘肽代谢是富集最显著的通路 。尤其是α-亚麻酸代谢途径和甘油脂代谢途径中分别富集了14个和18个基因(图5E) 。这些结果为脂质代谢参与切片芋头褐变的事实提供了进一步的线索 。

图5-WGCNA对模块与性状的相关性分析

6.基因验证——参与亚麻酸代谢的DEGs的表达模式

为了验证RNA-seq数据的质量 ，研究检测了亚麻酸代谢途径中DEGs的表达模式 。在切片芋头褐变过程中 ，该途径中的DEGs差异表达(图6A) 。在这些基因中 ，4个基因(taro_028466 、029177 、001379和new gene_1582)的表达量在第6天较0天下降(图6A)。10个基因(taro_026230 、017933 、007794 、026197 、032526 、040173 、011856 、050352以及new gene_27424和3563)的表达量在第6天出现了增加 ，随后又出现了下降 。然而 ，这些基因在第12天的表达水平仍然高于第0天(图6A) 。其余15个基因在褐变过程中表现出稳定的表达增加。这些结果再次证实了亚麻酸代谢参与了芋头褐变过程 。

作者选择了5个DEGs进行qRT-PCR分析(图6B-F) 。随着贮藏时间的延长或褐变程度的恶化 ，这5个基因的表达量均呈上升趋势 。此外 ，通过RNA-seq和qRT-PCR分析确定的这些基因的总体表达模式高度一致(图6B-F) ，证实了转录组学数据的可靠性 。

图6-亚麻酸代谢途径中DEGs的表达模式

7.基因验证——在褐变过程中，膜脂过氧化作用加剧

上述结果表明 ，膜脂代谢可能在芋头褐变过程中起一定作用 。为了进一步研究，评估了参与膜脂过氧化的关键DEGs的表达谱 ，如脂肪酶(LIP)和脂氧合酶(LOX) 。三个差异表达的LIP基因在褐变过程中表达持续增加 。LOX基因 ，除了8个LOX基因在褐变过程中逐渐增加 ，其他基因在褐变过程中表达先增加后下降 (图7a) 。这些结果表明 ，新鲜切割操作(如剥皮和切割)激活了芋头的脂质过氧化过程 。

丙二醛通常被认为是植物脂质过氧化的生物标志物 。为了监测切片芋头褐变过程中膜脂过氧化情况 ，测定了LOX活性和MDA含量 。随着时间的推移 ，LOX活性和MDA含量随着褐变继续进行逐渐升高 (图7B, C) 。这些结果表明 ，在褐变过程中 ，膜脂过氧化加剧 。此外 ，相关分析显示 ，LOX活性 、MDA含量和其他褐变指标之间存在很强的相关性 (图7D) 。这些结果进一步支持了膜脂过氧化和/或代谢参与芋头褐变 。

图7-膜脂过氧化的评价

研究总结

切面褐变的发生是鲜切行业中切片芋头生产和商业化的一个重要障碍 。代谢组学分析显示，在芋头褐变过程中 ，亚麻酸及其衍生物以及氢过氧化物的含量增加 ，表明发生了膜脂降解 。RNA-seq分析显示 ，参与褐变过程的DEGs富集于α-亚麻酸代谢途径 。WGCNA分析得到了两个与芋头褐变密切相关的模块 ，其中蓝色模块的基因与BI呈正相关 ，强化了膜脂代谢与芋头褐变之间的联系 。随着芋头褐变的进行 ，LOX基因的表达和蛋白活性以及MDA的水平增加 ，表明膜脂过氧化促进了切片芋头褐变 。总之 ，该研究结果强调了膜脂代谢在切片芋头褐变中的重要性 。这项研究首次通过转录组和植物广靶代谢组分析全面研究了芋头褐变的机制 。

文章标题 ：Two sex pheromone receptors for sexual communication in the American cockroach

期刊名称 ：Science China Life Sciences

研究对象 ：美洲大蠊触角

研究方法 ：行为测定 、性别-年龄特异性转录组 、荧光原位杂交（FISH）和单细胞核测序 ；下游实验 ：昆虫电生理学 、果蝇遗传学 、RNAi实验

百迈客生物为该研究提供了转录组和单细胞核转录组测序分析服务 。

研究背景

性信息素在昆虫求偶交配行为的化学通讯中发挥着至关重要的作用 。美洲大蠊（Periplaneta americana）雌虫主要释放两种挥发性性信息素periplanone-A（PA）和periplanone-B（PB） ，以往研究表明PB是主要的性信息素成分 ，而PA和PB的相互作用以及两者在雄虫求偶交配行为中的调控机制尚不清楚 。

实验材料

SnRNA-seq ：羽化后（DAE）9天的美洲大蠊雄虫触角（n=1） ；

Bulk RNA-seq ：1 、3 、5 、7 、9 DAE的美洲大蠊雄虫触角（n=4） ，雄虫（触角 、前足 、头部 、口器 、精巢和翅） ，雌虫触角（n=4） 。

研究结果

1.PB能吸引性成熟的雄性 ，而PA能抵消PB的功能

研究团队使用Y型管嗅觉仪对不同日龄的雄虫进行了行为学测试 ，以观察它们对PB和PA的反应 。此外 ，通过视频记录和分析 ，评估了雄虫的交配行为 。交配率在5 DAE时增加到近50% ，6 DAE时增加到60%以上 ，此后缓慢而稳定地积累（图1A） 。雄虫对PB和PA的偏好测试结果反应 ，PB是主要的性信息素成分 ，能够显著吸引雄虫 。而PA虽然单独存在时不吸引雄虫 ，但其存在能够减弱PB的吸引作用（图1B-D） ，表明PA可能在调节性行为中起到平衡作用 。

图1-性信息素成分PA和PB引起成年雄美洲大蠊不同的性行为反应

通过单感器记录（SSR）技术 ，研究人员探索了雄虫对两种性信息素成分PA和PB的响应（图1E-F） 。研究人员 ，发现了两种类型的感受器对PA和PB的响应模式 ：类型1 ：对PA和PB两者都有明显的响应 ，即产生了强烈的电生理动作电位。类型2 ：仅对PB有强烈的响应 ，而对PA的响应较弱或没有明显响应 。结果表明 ，PA和PB可能作用于至少两种不同的嗅觉受体神经元（ORNs）或者在至少两种类型的感器中共享嗅觉受体 ，以调节雄虫的求偶交配行为 。

2.OR53和OR100主要在性成熟雄性的触角中表达

研究人员利用Bulk RNA测序技术分析了雄虫不同组织中嗅觉受体基因的表达情况 ，并通过果蝇遗传学方法 ，将美洲大蠊的嗅觉受体基因在果蝇中表达 ，以鉴定PA和PB的受体 。通过RNA测序分析得到的嗅觉受体基因在不同组织（雄虫触角-MA 、雌虫触角-FA 、雄虫前足-MF 、雄虫头部-MH 、雄虫口器-MM 、雄虫精巢-MT和雄虫翅-MW）和不同日龄中的表达水平（图2A 、2B） ，以及通过qPCR验证的OR53 、OR100和ORco基因在雄虫触角中敲除fru或dsx基因后的表达水平（图2C） ，以及经过营养信号通路抑制剂处理后的表达水平变化（图2D） 。研究鉴定出OR53和OR100为PA/PB和PA的受体 ，并发现它们在雄虫触角中的表达模式与行为测定结果相吻合 ，证实了这两种受体在性信息素感知中的关键作用 。

图2-OR53和OR100主要在性成熟的雄虫触角中表达

3.OR53和OR100分别是PB/PA和PA受体

研究人员利用UAS-OR53和UAS-OR100转基因果蝇品系 ，通过RNAi实验敲除了美洲大蠊中的OR53和OR100基因 ，进而研究这些嗅觉受体在求偶交配行为中的作用 。敲除这些基因后对PA和PB反应的SSR测试结果 ，敲低OR53的表达显著削弱了ORN对PB的反应 ，但对ORN对PA的反应只有轻微的影响（图3B） 。OR53和OR100基因敲除对雄虫行为选择和交配率的影响（图3D 、3E） 。敲除实验证实了OR53和OR100在性信息素感知和行为调控中的关键作用 ，特别是OR53在PB诱导的求偶交配行为中的重要性 。OR100的敲除则表明PA可能通过OR100发挥调节作用 。

图3-OR53和OR100负责感知成年雄虫的性信息素

4.OR53和OR100定位于两种锥形感受器

研究人员利用FISH技术 ，观察到OR53 、OR100和ORco经常在同一个感受器中表达 ，说明大多数基本感受器同时含有OR53和OR100的ORN 。为了更系统地研究OR基因的表达 ，研究人员使用性成熟雄虫的触角进行了单细胞测序 。测定每簇细胞的基因表达水平 ，鉴定出Cluster 2为ORco高表达的ORN(图4B) 。进一步分析Cluster 2细胞得到12个亚型(图4C) 。其中大部分感受器同时具有OR53和OR100两种OR53 ORNs ，而少数感受器仅具有OR53 ORNs 。12个亚型中有4个同时表达OR53和OR100 ，可能对应于主要的1-型感受器的ORNs 。在2-亚型中 ，还发现了OR53的显著表达亚型，可能对应2型感受器的ORNs ，也可能只有少量的感受器OR100 ORNs(图4D) 。这些结果进一步支持了性成熟雄虫触角中至少存在两种锥形感受器 。

图4-OR53和OR100在成年雄美洲大蠊触角中的细胞定位

研究

研究结果表明 ，PB作为主要的性信息素成分 ，通过激活OR53受体来诱导雄虫的求偶交配行为 。而PA虽然单独存在时不吸引雄虫 ，但其存在能够通过两种可能的途径减弱PB的吸引作用 ：一是PA与PB竞争激活相同的受体OR53 ，二是PA通过激活其特定的受体OR100来抑制性行为 。该研究确定了两种性信息素嗅觉受体以及可能调控雄虫特异性和年龄依赖性求偶交配行为的分子机制 ，有助于发展绿色防蟑技术及害虫综合管理策略 。

图5-美洲大蠊求偶交配行为两种性信息素—两种嗅觉受体感受途径

参考文献 ：

Li N, Dong R, Zeng H, et al. Two sex pheromone receptors for sexual communication in the American cockroach[J]. Sci China Life Sci, 2024,67(7):1455-1467.

目前发表了许多3D时空图谱方向的文章 ，本期天天彩票盘点了10篇经典的时空3D图谱文章 ，这些成果发表期刊有Cell(IF=45.5) 、Nature Genetics(IF=31.7) 、Nature Communications（IF=14.7）等 ！研究的物种涉及人 、鼠 、果蝇 、猕猴 、地中海涡虫等 ，涉及组织部位主要是胚胎 、脑 、心脏 、虫体等 。接下来 ，天天彩票一起来看看空间转录组技术如何为胚胎发育 、脑科学 、再生等研究领域带来新的科学发现吧 ！

案例一——人类原肠期胚胎3D图谱

英文标题 ：3D reconstruction of a gastrulating human embryo

发表期刊 ：Cell

影响因子 ：45.5

物种样本 ：CS8人类胚胎

测序策略 ：空间转录组

DOI ：10.1016/j.cell.2024.03.041

取样策略 ：CS8人类胚胎沿着前后轴(A-P)进行冷冻切片 ，每间隔1片保留切片作为实验样本，总计62张横向切片

在本研究中 ，通过构建完整的CS8人类胚胎3D模型 ，将单个细胞的空间信息与其基因表达谱相结合 ，系统描绘了胚胎形态 、细胞类群 、空间位置和转录组特征 ，准确注释了不同的细胞亚型 ，深度解析了重要胚外组织羊膜细胞发育过程和卵黄囊造血谱系特化 ，重点发现了参与早期发育的不同信号通路采用不同的策略沿胚胎A-P轴建立差异激活的特点 。这项研究不仅可以确定人类原肠胚形成过程的关键细胞和分子特征 ，还可以指导今后干细胞衍生的人类胚胎模型的生成 。

图1-CS8时期原肠胚的空间转录组学分析和三维重建

案例二——从果蝇胚胎发育到蜕变的单细胞三维时空多组学图谱

英文标题 ：A single-cell 3D spatiotemporal multi-omics atlas from Drosophila embryogenesis to metamorphosis

发表期刊 ：bioRxiv

物种样本 ：果蝇胚胎 、幼虫和蛹

测序策略 ：空间转录组 、scRNA-seq 、scATAC-seq

DOI ：https://doi.org/10.1101/2024.02.06.577903

取样策略 ：胚胎发生过程的24小时内，每隔0.5至2小时收集一次胚胎 ；3个幼虫期的每个早/晚时间点采集幼虫样本 ；蛹化后每隔12 h采集一次蛹样 。共计43个胚胎 、9个幼虫 、5个蛹 ，收集7或8 μm厚度的矢状面进行空间转录组 。

在本研究中 ，研究团队构建了Flysta3D——一个全面的时空多组学图谱 ，涵盖了模式生物果蝇从胚胎到蛹的发育历程 。数据集包括3D单细胞空间转录组学 、单细胞转录组学和单细胞染色质可及性信息 。通过整合这些多维数据 ，构建了揭示组织发育详细概况的细胞状态轨迹 。以中枢神经系统(CNS)和中肠为研究对象 ，从多组学角度分析了基因调控网络 、细胞类型多样性和形态变化的时空动态 。这个广泛的图谱提供了前所未有的丰富资源 ，并作为一个系统的平台 ，以超高时空分辨率集成单细胞数据来研究果蝇的发育 。

图2-果蝇发育的单细胞时空多组学图谱

案例三——小鼠大脑的空间分辨分子和细胞图谱

英文标题 ：Spatially resolved molecular and cellular atlas of the mouse brain

发表期刊 ：bioRxiv

物种样本 ：小鼠半脑

测序策略 ：空间转录组 、snRNA-seq

DOI ：https://doi.org/10.1101/2023.12.03.569501

取样策略 ：两只小鼠半脑 ，每只间隔100 μm取一张10 μm切片进行空间转录组 ，小鼠#1 123张切片 、小鼠#2 72张切片 ，大脑分区域解剖进行snRNA-seq

在本研究中 ，研究团队使用snRNA-seq和空间转录组技术 ，生成了包含308个细胞簇空间信息的小鼠脑图谱 ，单细胞分辨率涉及600多万个细胞以及29,655个基因 。发现了新的星形胶质细胞簇 ，并证明了不同的细胞簇表现出对皮层亚区的偏好 。鉴定出155个基因在脑干中表现出区域特异性 ，513个长链非编码RNA在成鼠大脑中表现出区域特异性 。基于空间转录组信息的脑区分割与传统方法存在较大的重叠 ，还发现了411个在发育过程中具有时空特异性的转录因子调控 。因此 ，该研究发现了具有时空特异性的基因和调控子 ，并提供了小鼠大脑的高分辨率空间转录组图谱 。

图3-构建高分辨率小鼠大脑细胞图谱

案例四——小鼠器官发生的三维图谱

英文标题 ：Three-dimensional molecular architecture of mouse organogenesis

发表期刊 ：Nature Communications

影响因子：14.7

物种样本 ：小鼠胚胎

测序策略 ：空间转录组 、scRNA-seq(公共数据)

DOI ：10.1038/s41467-023-40155-7

取样策略 ：E13.5小鼠胚胎沿颅尾轴连续冷冻切片 ，从中选10张10 μm切片进行10x Visium空间转录组 ；雌性胚胎(E3)获得了4个切片 ，以更好地覆盖性别分化在本研究中 ，研究人员展示了小鼠胚胎第13.5天所有主要器官的空间转录组图谱 ，并通过堆叠切片提供了胚胎模式分子调控的三维渲染 。通过将空间图谱与相应的单细胞转录组学数据相结合 ，提供了一个详细的关于器官发育动态本质的分子注释 ，空间细胞相互作用 ，胚胎轴 ，以及哺乳动物发育背后的细胞命运分化 ，这将为精确的器官工程和基于干细胞的再生医学铺平道路 。

图4-E13.5小鼠器官发生的三维空间转录图谱

案例五——猕猴大脑皮层细胞三维图谱

英文标题 ：Single-cell spatial transcriptome reveals cell-type organization in the macaque cortex

发表期刊 ：Cell

影响因子 ：45.5

物种样本 ：猕猴大脑左半球皮质组织

测序策略 ：空间转录组 、snRNA-seq

DOI ：10.1016/j.cell.2023.06.009

取样策略 ：每隔500 μm取一次 ：包含两个50 μm的大脑样品切片进行snRNA-seq+一张10 μm切片进行空间转录组+两张临片切片进行尼氏染色 。猕猴#1 119张切片 、猕猴#2 19张切片 、猕猴#3 23张切片 ，共161张进行空间转录组阐明大脑皮层的细胞组织是理解大脑结构和功能的关键 。在本研究中 ，研究人员利用大规模单核RNA测序和143个猕猴皮质区域的空间转录组学分析 ，获得了264种转录组定义的皮质细胞类型的综合图谱 ，并绘制了它们在整个皮质的空间分布 。表征了谷氨酸能 、氨基丁酸能和非神经元细胞类型的皮质层和区域偏好 ，以及细胞类型组成和“邻域复杂性”的区域差异 。值得注意的是 ，研究人员发现了视觉和体感系统中各种细胞类型的区域分布与区域等级水平之间的关系 。来自人类 、猕猴和小鼠皮层的转录组学数据的跨物种比较进一步揭示了灵长类特异性细胞类型在第4层富集 ，其标记基因以区域依赖的方式表达 。该研究数据为理解灵长类动物大脑的进化 、发育 、衰老和发病机制提供了细胞和分子基础 。

图5-猕猴皮层单细胞空间转录组图谱

案例六——小鼠胚胎器官发生时的时空转录组图谱

英文标题 ：Spatiotemporal transcriptomic maps of whole mouse embryos at the onset of organogenesis

发表期刊 ：Nature Genetics

影响因子 ：31.7

物种样本 ：小鼠早期胚胎

测序策略 ：空间转录组Slide-seq

DOI ：10.1038/s41588-023-01435-6

取样策略 ：小鼠E8.5期胚胎 ：2个胚胎 ，15张10 μm切片 ，间隔30 μm ；小鼠E9.0期胚胎 ：1个胚胎 ，26张10 μm切片，间隔20 μm ；小鼠E9.5期胚胎 ：3个胚胎，13张10 μm切片在本研究中 ，研究人员使用Slide-seq技术构建了完整胚胎E8.5和E9.0以及部分E9.5胚胎的空间转录组图谱 。为了支持该项研究的应用 ，研究人员开发了sc3D——一个重建和探索三维“虚拟胚胎”的工具 ，它可以定量研究区域化的基因表达模式 。发育中的神经管主胚轴的测量揭示了几个以前未注释的基因具有不同的空间模式 。文章还描述了Tbx6突变胚胎中出现的“异位”神经管的相互冲突的转录特性。综上所述 ，文章提出了一个用于整个胚胎结构和突变表型时空研究的实验和计算框架 。

图6-利用Slide-seq进行具有空间坐标的全胚胎基因表达谱分析

案例七——地中海涡虫再生3D图谱

英文标题 ：Spatiotemporal transcriptomic atlas reveals the dynamic characteristics and key regulators of planarian regeneration

发表期刊 ：Nature Communications

影响因子 ：14.7

物种样本 ：地中海涡虫

测序策略 ：空间转录组 、scRNA-seq

DOI ：10.1038/s41467-023-39016-0

取样策略 ：地中海涡虫截肢后0小时 、6小时 、12小时 、24小时 、36小时 、3天 、7天 ，每个时间点12~17张切片

在本研究中 ，研究人员首先绘制了具有强大再生能力地中海涡虫六个不同再生时期的空间转录组和单细胞转录组图谱 ，并构建了各类细胞类型和组织类型的空间三维分布模型 。通过解析全能干细胞亚群的分化轨迹 ，鉴定到一类以osr2标记的新多能细胞亚群 ，并且观察到在辐射处理下 ，敲低osr2的涡虫出现延迟再生表型 。与此同时 ，为了进一步发掘影响涡虫再生的关键基因 ，利用构建的三维空间模型 ，系统地解析了具有空间及细胞特异性分布的基因表达模块 ，确定了与伤口区域或极性（背腹侧或前后轴）相关的多个特征模块 。

图7-地中海涡虫四维时空转录组细胞图谱

案例八——肺部肿瘤的三维高分辨率分子图谱

英文标题 ：High-resolution molecular atlas of a lung tumor in 3D

发表期刊 ：bioRxiv

物种样本 ：人类肺癌

测序策略 ：CosMx空间原位成像技术

DOI ：https://doi.org/10.1101/2023.05.10.539644

取样策略 ：非小细胞肺癌(NSCLC)肿瘤块连续切下34个5 μm切片 ：分别进行二次谐波SHG成像 、H&E染色 、空间转录组（1000 Panel CosMx空间分子成像系统）该研究展示了侵袭性人肺癌常规临床样本的3D空间图谱，通过将跨340,000个细胞的960个癌症相关基因的原位定量与组织力学成分的测量相结合 ，三维细胞邻域将肿瘤微环境细分为肿瘤 、基质和免疫多细胞生态位 。有趣的是 ，伪时间分析表明 ，在基质浸润性肿瘤细胞中检测到的促侵袭性上皮细胞向间充质细胞转化(EMT)已经发生在肿瘤表面的一个区域 。在那里 ，肌成纤维细胞和巨噬细胞特异性地与侵袭前肿瘤细胞共定位 ，它们的多细胞分子特征确定了生存时间较短的患者 。与2D相比 ，3D邻域通过识别树突状生态位 ，捕捉T细胞生态位的3D扩展和促进生态位特异性细胞-细胞相互作用的量化(包括可药物免疫检查点) ，改善了免疫生态位的表征 。

图8-单细胞分辨率下肿瘤微环境的分子组织学

案例九——果蝇胚胎和幼虫发育3D图谱

英文标题 ：High-resolution 3D spatiotemporal transcriptomic maps of developing Drosophila embryos and larvae

发表期刊 ：Development Cell

影响因子 ：10.7

物种样本 ：w1118 野生型果蝇 ，收集其晚期胚胎（产卵后14~16 h和16~18 h ，分别称为E14~16和E16~18）和幼虫3个发育阶段（L1~L3）

测序策略：空间转录组

DOI ：10.1016/j.devcel.2022.04.006

利用时空组学技术成功构建了果蝇胚胎和幼虫的三维空间转录组图谱 。借助数据三维重构 ，确定了果蝇晚期胚胎和幼虫中肠的功能亚区 ，首次发现幼虫精巢的时空细胞状态动力学变化 ，并揭示了已知和潜在的转录因子在三维空间中的调控机制 。这些研究和发现提供了全面详实的数据和信息资源 ，为深入和系统进行果蝇发育生物学研究奠定基础 。

案例十——人类心脏发育3D图谱

英文标题 ：A Spatiotemporal Organ-Wide Gene Expression and Cell Atlas of the Developing Human Heart

发表期刊 ：Cell

影响因子 ：45.5

物种样本 ：人类心脏

测序策略 ：scRNA-seq 、空间转录组 、ISS原位测序

DOI ：10.1016/j.cell.2019.11.025

取样策略 ：4.5-5 PCW 4张切片 ，6.5 PCW 9张切片 ，9 PCW 6张切片 ，合计19张切片文章构建了第一个单细胞时空水平的发育中器官的3D转录图谱 ，这种多转录组测序方法可以应用于其他器官发育的研究中 。这一突破性研究使探索组织的整体空间转录模式成为可能 ，探索细胞异质性 ，并选择性地靶向一些表达模式具有空间异质性且造成细胞类型差异的关键基因 。心脏发育模型表明 ，空间 、时间信息与单细胞基因表达数据的整合对于识别细胞类型之间的关键差异 、深入分析发育中的组织是至关重要的 。

图10-三个心脏发育阶段的整体时空分析

中文标题: 通过牟氏角毛藻和原生细菌对高盐榨菜废水进行藻类修复与应用

英文标题: Phycoremediation and valorization of hypersaline pickled mustard wastewater via Chaetoceros muelleri and indigenous bacteria

期刊名称 ：Bioresource Technology

合作单位 ：重庆市农业科学院

影响因子 ：11.4

研究对象 ：高盐榨菜废水

研究方法 ：16s rRNA测序

百迈客生物在该研究中提供了16s rRNA测序服务 。

研究背景

榨菜是以芥菜为原料 ，经多级酸洗 、多次盐溶液浸泡 、压出果皮而制成的腌菜 。榨菜生产是中国三峡库区的支柱产业 。榨菜生产第一阶段产生的废水占整个产量的50%以上 。第一阶段的高盐榨菜废水(PMW)具有高盐、高营养物质(有机质 、氨氮和磷)和低pH值的特点。高盐废水的直接排放会对环境造成严重的破坏 。目前处理高盐废水的方法主要有物理化学方法 ，如电渗析膜法和过硫酸盐活化法 ，主要用于预处理阶段 。虽然这些方法可以有效缓解高盐度对微生物的抑制 ，但这些方法具有成本高 、效率低的特点 。因此 ，寻找一种高效 、环保 、可持续的PMW处理方法具有重要意义 。

本研究旨在探讨硅藻-细菌联合体处理原料PMW的可行性 。本研究对微生物群落的生长 、光合作用、抗氧化酶活性等变化进行了全面的研究 。此外 ，还对硅藻-细菌联合去除营养物的可能机制进行了探讨 。最后 ，在半连续模式下进行了室外中试栽培 ，以验证生物修复效果 。本研究为硅藻-细菌联合体在PMW处理中的应用奠定了基础 。

材料方法

采用16s rRNA测序技术检测了PMW 、MMW0和MMW12的微生物多样性 。（MMW0  、MMW1 2  ：10 % PMW中的微生物菌团 ，第0天和第12天）

营养分析（TN 、TP 、NH-N等） 、抗氧化酶活性（MDA 、SOD 、CAT）

研究结果

1.营养物去除

PMW中的氮元素主要以NH₄⁺-N的形式存在 。如图1A和1B所示 ，5% PMW组的联合体对NH₄⁺-N和TN的去除效果最好 ，其次是10% PMW组 。与5% PMW组相比 ，10% PMW对TN和NH₄⁺-N的去除率分别下降了2%和4% 。与10% PMW相比 ，20% PMW对TN和NH₄⁺-N的去除率分别下降了22%和27% (p < 0.05)。

磷主要用于合成蛋白质 、核酸和磷脂 。随着PMW浓度的增加 ，TP的去除率逐渐降低(图1C) ， 5% 、10%和20% PMW组的去除率分别达到99% 、96%和79% 。其中 ，5%和10% PMW对总磷的去除率差异不显著(p > 0.05) ， 20% PMW对总磷的去除率显著低于10% PMW  。

不同组硅藻-细菌联合体对COD的去除效率如图1D所示 。随着初始COD浓度的增加 ，联合体对COD的去除率逐渐降低 。5% PMW和10% PMW组的COD去除率分别约为76%和82% ，而20% PMW组的COD去除率仅为63% 。高浓度的NH₄⁺-N(>100 mg/L)可能会阻碍微藻的生长 ，降低其生物修复活性 ，是导致COD去除率下降的主要原因 。

结果显示 ，经过12天的处理 ，原生微生物在10%的PMW中分别去除了6% 、11% 、12%和18%的TN 、NH₄⁺-N 、总磷和COD(图1) 。这表明 ，虽然PMW中存在的原生细菌促进了营养物质的去除 ，但硅藻在处理原料PMW中发挥了主要作用 。根据上述结果和PMW的排放标准 ，确定了10%的PMW是通过C. muelleri和细菌培养对PMW进行生物修复的最适宜浓度 。

图1-不同浓度PMW条件下NH₄⁺-N (A) 、TN (B) 、TP (C)和COD (D)浓度的动力学变化

2.光合色素分析 、光合效率分析

微藻中的光合色素 ，如叶绿素a和类胡萝卜素，通过捕获光来指导光系统II中的电子传递 ，参与生理代谢的调节 。不同PMW浓度各组叶绿素a含量变化如图2A所示 。10% PMW的叶绿素a含量最高 。5% PMW中叶绿素a含量降低可能与养分不足有关 。在20%的PMW条件下 ，培养7天后 ，藻的颜色逐渐变白 ，说明C. muelleri不能耐受高于20%的PMW培养基 。以上结果进一步证实了10%的PMW是被试组中穆勒梭菌生长的理想浓度 。

Fv/Fm检测可以快速评价微藻对生长环境的适应性 。随着PMW浓度的增加 ，在图2B中 ，在第12天 ，10% PMW的Fv/Fm最高(0.658) 。与未添加PMW相比 ，5% PMW 、10% PMW和20% PMW的Fv/Fm分别降低了8% 、2%和46% 。这表明藻类的能量转化率降低 ，对微藻的光合作用有一定的抑制作用 。在20%的PMW中 ，Fv/Fm值恢复 ，表明C. muelleri对不利环境产生了特异性抗性 。Fv/F0可用于确定植物的光合效率和生理状态 。Fv/F0的下降(图2C)表明C. muelleri供体侧的水分裂复合物崩溃 ，导致电子传递能力下降 。有效量子产率(ΦPSII)可以揭示微藻在不同环境条件下的生理状态和PSII的性能 。5% 、10%和20% PMW组C. muelleri的ΦPSII分别为0.16 、0.24和0.06(图2D) 。总体而言 ，10% PMW处理下C. muelleri的光合效率最好 ，这也有利于PMW处理 。

图2-色素和光合性能的变化第12天(A).时的叶绿素a和类胡萝卜素含量治疗期间Fv/Fm (B)和Fv/F0 (C)的变化第12天(D).时光合参数（ΦPSII 、Qp和NPQ）的变化不同的字母表示差异有显著性意义（p<0.05）

3.抗氧化酶活性

在正常生长的微藻-细菌联合体中 ，活性氧(ROS)的产生和去除的动态平衡对维持机体功能起着重要作用 。MDA是细胞脂质过氧化和损伤程度的常用指标 ，是膜脂过氧化的产物之一 。抗氧化酶活性的变化如图3所示 。在第12天5% 、10%和20% PMW组SOD活性分别为为2.06 、2.34和2.73 U/mgprot 。CAT活性表现出与SOD活性相似的趋势 。与SOD类似 ，CAT也是存在于大多数生物体中的一种抗氧化酶 。超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性升高20% ，表明PMW组抗氧化酶活性升高 。5% 、10%和20% PMW中MDA含量分别为1.74 、1.76和2.04 nmol/mgprot(图3) 。MDA含量的持续增加表明高浓度PMW对微藻细胞造成了损伤 。来自联合体的抗氧化酶活性增加 ，以应对氧化应激造成的损害

随着PMW浓度的增加 ，微藻-细菌联合体分泌的ROS和MDA也逐渐增加 。这再次证明 ，与5%和20%的PMW相比 ，10%的PMW是废水处理和C. muelleri培养的最佳初始浓度 。

图3-第12天丙二醛 、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性的变化 结果显示为平均± SD ，n = 3 。不同的字母表示差异有显著性意义（p < 0.05）

4.胞外聚合物分析

菌藻共生系统的EPS是硅藻-细菌联合体在一定环境条件下分泌的聚合物 ，主要由蛋白质和多糖组成 。图4显示了松散结合EPS (LB-EPS)和紧密结合EPS (TB-EPS)蛋白和多糖含量的变化 。试验前2 d EPS中蛋白质和多糖含量呈上升趋势 。随着处理的进行 ，LB-EPS中多糖和蛋白质含量在一定范围内波动(图4A和4B) ，而TB-EPS中多糖和蛋白质含量在整个培养过程中保持增加的趋势(图4C和4D) 。这表明硅藻-细菌联合体分泌的LB-EPS和TB-EPS在长时间暴露于PMW下的反应是不同的 。

在整个培养过程中 ，EPS各组分的蛋白质含量始终低于多糖含量 。TB-EPS的蛋白多糖比(PN/PS比)会影响EPS的疏水性或粘度 。TB-EPS的PN/PS比值从第0天的0.47下降到第6天的0.39 、0.34和0.31 ，分别为5% 、10%和20% PMW组 。处理结束时 ，20% PMW组的PN/PS比显著高于5%和10% PMW组(p < 0.05) 。PN/PS比值的降低表明PMW不适合C. muelleri等细菌的聚集 。20% PMW组蛋白质和多糖总浓度高于5%和10%组 。这进一步证明 ，20% PMW组微藻-细菌联合体受到较高的应激时 ，其分泌的EPS更多 。

图4-不同浓度PMW处理下LB-EPS (A 、B)和TB-EPS (C 、D)的蛋白质和多糖含量

5.微生物群落的组成

与PMW组和MMW0组相比 ，MMW12组的OTUs分别降低了13%和31% 。这表明PMW中局部细菌与微藻的相互作用导致了物种总数的减少 。这可能是由于微藻产生的有机物降低了细菌的活性 ，导致细菌丰度下降 。Chao1和ACE的模式与OUTs相似，进一步证实了上述结论 。Simpson指数可以用来估计样品中细菌的多样性 ，Simpson值越小 ，群落的多样性越丰富 。细菌多样性最高的是MMW0组 ，其次是PMW组和MMW12组 。由此可以推断 ，接种C. muelleri降低了PMW中微生物种类的多样性 。

为了进一步明确细菌在系统中的作用 ，在门和属水平上的10个优势分类群如图5A和5B所示 。Proteobacteria丰度在PMW中达到58% ，与C. muelleri在MMW12共培养条件下增加到77% 。变形杆菌中含有多种促进氮转化和有机物降解的功能菌株 。此外，与PMW相比 ，MMW12组放线菌和蓝藻菌的丰度也有所增加 。

在属水平上 ，PMW中最占优势的分类群是Halomonas 、Malaciobacter和Marinobacter 。MMW12培养体系中Marinobacter的丰度最高 。Marinobacter是一种反硝化微生物 ，可以耐受高盐环境 ，促进PMW中NO3—N转化为N2排放而不产生N2O 。在PMW中 ，Malaciobacter的丰度为10% ，这可能是由于长期储存所致 。MMW12体系中Malaciobacter的丰度降至0.024% ，说明微藻对病原菌有一定的抑制作用 。与PMW相比 ，PMW中Bradymonadale的丰度从1%增加到8% ，而MMW12中Bacteroides的丰度明显下降 。这可能是由于Bradymonadales可以以各种细菌为食 ，并对Bacteroides表现出高度偏好 。据报道 ，Hoeflea能促进氮转化和有机物降解 。因此 ，MMW12中Hoeflea丰度的增加可能有利于C. muelleri对养分的利用 。C. muelleri增加了有机物降解菌和氮转化菌的相对丰度 。这些细菌可以将大分子有机物降解成容易被C. muelleri利用的物质 。

图5-门(A)和属(B)水平上功能菌的相对丰度

研究总结

在本研究中 ，通过C. muelleri和原生细菌的共同处理 ，成功地实现了高盐PMW的生物修复 。在12 d内 ，COD 、TN 、NH₄⁺-N和总磷的去除率分别达到82% 、94% 、90%和96% 。高浓度的PMW可以增加ROS和MDA的分泌 ，从而抵抗应激环境 。在MMW12中 ，Halomonas和Marinobacter的相对丰度显著增加 。同时 ，C. muelleri可以降低MMW12中潜在致病性Malaciobacter的相对丰度 。中试规模验证也为通过微藻生物技术处理PMW的实际应用提供了参考 。

文章标题 ：Decoding the biology and clinical implication of neutrophils in intracranial aneurysm

期刊名称 ：ANNALS of Clinical and Translational Neurology

合作单位 ：四川大学华西医院

研究对象 ：颅内动脉瘤

研究方法 ：scRNA-seq 、RNA-seq 数据挖掘 、小鼠模型等

百迈客为该研究提供了单细胞转录组测序服务 。

研究背景

颅内动脉瘤（IA）是一种常见的脑血管疾病 ，最终可导致毁灭性的出血性中风 。据估计 ，IA 的患病率为 3%-5% ，由于人口老龄化和血管造影成像检查的日益普及 ，这一数字正在增加 。大多数 IA 在整个生命周期中保持稳定 ，而大约 1% 会进展和破裂 ，导致致命的动脉瘤性蛛网膜下腔出血 ，此种情况下超过一半的患者死亡和残疾 。不稳定的 IA 的特征是动脉瘤体积较大 、形状不规则 ，或者患者存在衰老 、高血压或吸烟等各类遗传和环境高危因素 。总体而言 ，目前对不稳定 IA 发生和进展机制的理解还不够充分 ，这强调了阐明 IA 壁的病理生理学改变和破裂相关的机制的重要性 。

实验材料

对多个动脉瘤临床样本和小鼠动脉瘤模型样本进行了单细胞测序 。深度分析动脉瘤数据集GSE13353和GSE122897 。

1 、scRNA-seq

在搭桥手术或夹闭术之前 ，从经血管造影诊断为未破裂 IA 和动脉瘤 SAH 的患者中收集没有血栓的新鲜 IA 圆顶进行单细胞测序 。任何怀疑患有导致血管动脉瘤病变的遗传性疾病的患者均被排除 。并取小鼠 IA 模型的脑动脉瘤组织进行单细胞测序 。

2 、Bulk RNA-seq

深度分析动脉瘤数据集GSE13353和GSE122897 。

研究结果

1.IA 组织中中性粒细胞的鉴定

根据之前明确的基因标记 ，包括FCGR3B 、CSF3R 、CXCR2和G0S2 ，总共9025个中性粒细胞被人工分配（图1A–C） 。该研究进一步使用 Azimuth 自动注释这些细胞 ，得到 8435 个中性粒细胞 。IA1 是一种破裂的 IA 组织 ，与其他样本相比 ，其中性粒细胞数量最多（图1D） 。总体而言 ，IA 破裂时中性粒细胞较多 ，这可能与 IA 破裂及随后的局部血栓形成有关 。值得注意的是 ，ssGSEA 分析显示 ，中性粒细胞浸润发生在 IA 破裂阶段 。根据中性粒细胞独特表达的标记基因，当 IA 破裂时 ，IA 形成和中性粒细胞数量增加（图1E） 。总之 ，这些结果强烈表明中性粒细胞参与 IA 进展 。

图1-IA组织中中性粒细胞的鉴定

先前的研究表明中性粒细胞的功能和进化具有异质性 ，而IA穹隆中的中性粒细胞亚群仍然知之甚少 。该研究使用“FindClusters”功能以更高分辨率（分辨率 = 0.9）重新聚类中性粒细胞 ，以识别不同的中性粒细胞群落 。结果 ，鉴定出八个中性粒细胞亚群（C0-C7）（图2A-B） 。富集分析揭示了 C1 和 C6 中细胞凋亡途径的正调节富集 。具体而言 ，中性粒细胞胞外池 (NET) 的形成促进 IA 破裂 ，在 C1 中富集 。对应激反应 、脱颗粒和 NET 形成在 C8 中丰富 ，伴侣介导的蛋白质折叠和自噬在 C3 中丰富 ，表明这些细胞也受到应激 。TNF 、NF-κB 和中性粒细胞脱粒等通路在 C0 、C4 、C5 和 C7 中富集，表明这些细胞执行中性粒细胞的促炎功能 。此外 ，还进行了 RNA 速度分析来描绘中性粒细胞亚簇的潜在轨迹 。结果 ，这些细胞形成了包含两个分支的轨迹 。C5 和 C6 亚簇可能是轨迹的末端 ，CR1 、MEF2C 和 SYK 参与细胞凋亡（图 2C） 。

图2-中性粒细胞亚群的基因表达特征

最近的研究根据中性粒细胞从骨髓到外周血的迁移决定了中性粒细胞的转录组特征 ，即“中性粒细胞” 。该研究基于scRNA-Seq数据集研究了小鼠 IA 模型中性粒细胞浸润到IA组织时是否存在这种转录组特征 。结果显示假手术中存在少量中性粒细胞富集 ，并形成小鼠模型高表达的基因标记 ，包括Ifitm6 、Ltf 、Camp 和 Chil3 。这些细胞表达较低成熟或老化的基因标记 ，如Malat1 、Msrb1 、Il1b和Ccl6（图 3A） ，表明它们是从外周血新渗入的 。执行单片算法来识别细胞进化轨迹 ，并将这些新渗透的细胞指定为起点（图3B） 。根据莫兰斯指数 (morans I) 以及未破裂（假手术）和破裂小鼠模型中的基因表达 ，该研究计算了 IA 组织中新浸润和老化中性粒细胞的基因特征（图3C） 。与之前的研究一致，新浸润的中性粒细胞高表达Cebpe ，在粒细胞生成和炎症因子产生中发挥作用 ，而相对老化的中性粒细胞表达S100a 家族基因和伴侣 ，如 Hspa1b 、Has1a1 和 Hsp90aa1 ，表明压力或衰老状态 。富集分析揭示了这些细胞的不同功能 ，新浸润的中性粒细胞中富集了多种代谢途径 ，而老化的中性粒细胞则激活了炎症和凋亡相关途径（图3D） 。总之 ，这些结果表明 IA 组织中存在中性粒细胞 ，并强调了它们的功能异质性 。

图3-小鼠IA模型中中性粒细胞亚群的鉴定

2.募集中性粒细胞的细胞和细胞因子

在之前的研究中忽略了中性粒细胞向 IA 组织的局部募集 ，为了填补这一空白 ，使用 cellphonesDB 算法进行了细胞间通信分析 。该研究首先表征了未破裂 IA 组织中参与中性粒细胞募集的细胞和细胞因子 。结果显示血管细胞（内皮细胞 、SMC 和周细胞）和免疫细胞（单核/巨噬/DC 、中性粒细胞 、T/B 淋巴细胞和肥大细胞）广泛产生中性粒细胞趋化因子（图4A） 。高频趋化因子包括 CXCL2/3/1 ，它与 CXCR2/1 和 CCR1 等中性粒细胞受体结合（图 4B） 。在未破裂的 IA 中 ，主要参与中性粒细胞募集的细胞是单核细胞/巨噬细胞 ，包括 Mono.1/2 和 Macro.1/2 。在破裂的 IA 中招募中性粒细胞的趋化因子与未破裂的 IA 中的趋化因子表现出相似的模式组成 ，但对 CXCL3 和 CCL5 的依赖性更高（图 4C,D） 。接收这些信号的中性粒细胞受体是保守的（图4D） 。

图4-中性粒细胞的细胞间通讯特征

3.中性粒细胞与IA形成和破裂之间的关联

为了研究中性粒细胞浸润的病理意义 ，该研究首先展示了破裂和未破裂样本中每种类型的中性粒细胞的比例 。破裂样本中除 C6 之外的中性粒细胞亚群有所增加（图5A） 。该研究进一步整理了这些中性粒细胞的基因特征 ，发现C0和C5在破裂的IA组织中显着富集（图5B ，D） 。此外 ，与正常血管组织相比 ，未破裂 IA 中的 C0 和 C5 也显着富集 ，与 C4 和 C8 相同（图5C） ，表明中性粒细胞参与 IA 形成和破裂。接下来 ，进行 ROC 分析以评估中性粒细胞亚群与 IA 形成和破裂之间的关联 。结果显示C0和C6的ssGSEA评分在预测IA破裂方面产生了令人满意的AUC值（两个数据集中的AUC > 0.7）（图5E） ，表明这些细胞可能参与IA破裂 。反过来 ，C4 和 C5 在预测 IA 形成方面表现良好 。在此基础上 ，C0 和 C5 的局部渗透分别是 IA 破裂和形成的有力预测因子 。

图5-中性粒细胞在IA破裂中的病理意义

4.IA穹隆中性粒细胞铁死亡

中性粒细胞介导的炎症对 IA 壁具有破坏性 。最近 ，新出现的证据表明 ，中性粒细胞在某些情况下对铁死亡敏感 ，这将进一步促进局部炎症级联反应并促进 IA 进展 。在此 ，该研究描述了 IA 中中性粒细胞与铁死亡之间的潜在关联 。该研究根据两个批量转录组数据集计算了 DEG ，并注释了铁死亡驱动基因和抑制基因（图 6A,B） 。结果显示在破裂的 IA 组织中 ，几个铁死亡驱动基因和抑制基因有显著差异 ，表明铁死亡途径失调 。破裂的 IA 组织的铁死亡驱动基因 ssGSEA 评分高于未破裂组织 ，而抑制基因的 ssGSEA 评分相当（图6C），表明铁死亡与 IA 破裂之间存在关联 。值得注意的是 ，未破裂的 IA 组织的铁死亡驱动基因得分高于对照样本 ，表明铁死亡也可能参与 IA 的形成 。多个基因与中性粒细胞铁死亡有关，例如谷胱甘肽过氧化物酶 4(GPX4) 和微粒体谷胱甘肽 S 转移酶 1 (MGST1) 充当铁死亡抑制剂 ；花生四烯酸脂氧合酶 5(ALOX5) 、花生四烯酸脂氧合酶 5 激活蛋白(ALOX5AP) 、花生四烯酸脂氧合酶 12(ALOX12) 、花生四烯酸脂氧合酶 15(ALOX15) 和前列腺素 2(PTGS2) 充当铁死亡驱动程序 。在单细胞分辨率下 ，中性粒细胞高表达PTGS2和ALOX5AP（图6D） ，它们与铁死亡显着相关 ，表明这些细胞参与前列腺素和白三烯的产生 ，并且对铁死亡敏感 。尽管数量较少 ，但肥大细胞高度表达 ALOX5 和 ALOX12 。鉴于白三烯可以通过多细胞协同方式产生 ，局部白三烯可能是由中性粒细胞和肥大细胞以协同方式产生的 。总之 ，这些结果表明 IA 组织中中性粒细胞的铁死亡可能是由 ALOX5AP 和 PTGS2 驱动的 ，并且可以由肥大细胞促进 。

图6-中性粒细胞铁死亡

5.中性粒细胞NETosis

NET 的产生是中性粒细胞导致 IA 破裂的另一种方式 ，且取决于称为 NETosis 的过程 。因此 ，抑制 NETosis 是 IA 有前景的治疗靶点 。然而 ，由于这些细胞的多功能性 ，发生 NETosis 的中性粒细胞亚群尚不清楚 。作者的结果表明 NETs 形成信号通路在 C1 中富集（图2B） 。该研究从京都基因和基因组百科全书 (KEGG) 数据库中收集了人类 NETosis 基因特征 ，发现 NETosis 的 ssGSEA 评分在 C1 中升高（图7A） 。PADI4 的表达对于组蛋白瓜氨酸化至关重要 ，在 C1 中上调 ，并表现出正相关的未剪接/剪接 mRNA 比率（图 7B） ，表明PADI4在驱动C1 NETosis中发挥作用 。此外 ，PADI4的表达与C1中NETosis的ssGSEA评分成正比（图7C） ，证实C1易于发生NETosis 。与其他中性粒细胞相比该中性粒细胞子集专门表达 MNDA (Pct.1 = 91.8%, Pct.2 = 54.5%), CREB5 (Pct.1 = 74.7%, Pct.2 = 33.7%) 和 LRKK2 (Pct.1 = 78.4%, Pct.2 = 36.2%)  (图7D) ，因此可以作为抑制 NETs 介导的 IA 进展的目标 。

图7-中性粒细胞的NETosis

研究总结

该研究使用 scRNA-seq 对脑动脉瘤临床样本和小鼠IA模型样本进行了测序 。作者发现未破裂和破裂的 IA 穹顶都含有大量中性粒细胞 ，以表达FCGR3B 、G0S2 、CSF3R 和 CXCR2等基因为特征 。这些细胞在功能和分化方面表现出异质性 。尽管具有相似的基因表达谱 ，但IA穹顶中的中性粒细胞表达了一系列特征基因并与从骨髓到外周血迁移观察到的转录组学改变相似 。此外 ，未破裂的 IA 中中性粒细胞的募集主要由单核细胞/巨噬细胞介导 ，一旦破裂 ，中性粒细胞和炎症平滑肌细胞 （SMC） 的特定亚群都参与该过程 。ROC分析表明 ，不同的中性粒细胞亚簇分别与IA的形成和破裂相关 。通过回顾目前的研究 ，发现中性粒细胞通过特异配体 、ALOX5AP 和 PTGS2 驱动的铁死亡 ，以及 PADI4 介导的NETosis对 IA 壁完整性起着不利作用 。

四川省人民医院龚波研究员在Journal of Genetics and Genomics杂志发表题为“ Epigenetic and transcriptional activation of the secretory kinase FAM20C as an oncogene in glioma ” 的研究论文 ，结合ATAC-seq与ONT全长转录组 ，揭示FAM20C在神经胶质瘤中的致癌作用等 。

中文标题 ：全长转录组及ATAC协助解析神经胶质瘤致癌基因FAM20C调控

英文标题 ：Epigenetic and transcriptional activation of the secretory kinase FAM20C as an oncogene in glioma

期刊名称 ：Journal of Genetics and Genomics

合作单位 ：四川省人民医院

研究对象 ：神经胶质瘤及配套癌旁组织

测序技术 ：ONT全长转录组+ATAC-seq+qPCR+免疫组化等

百迈客为该研究提供了全长转录组及ATAC等测序技术服务 。

研究背景

神经胶质瘤是神经系统中最常见的原发性肿瘤 ，攻击力极强 ，约占所有脑肿瘤的80% ，目前主要的癌症治疗方案 ，包括手术切除 、放疗和化疗 ，都会导致预后不良和高死亡率 ，很难对胶质瘤提供理想的治疗效果 ，因此现在迫切需要探索新的有效策略以及胶质瘤治疗的潜在治疗靶点 。长读长RNA测序技术已应用在包括肝细胞癌和非小细胞肺癌等多种癌症类型中 ，ATAC-seq也已经应用于胰腺癌 、胃癌和乳腺癌等多种肿瘤研究中 。FAM20C是一种可调节分泌途径中的各种网络的分泌蛋白 ，主要负责矿化激酶 ，然而越来越多的研究表明 ，FAM20C 与包括包括乳腺癌 、膀胱癌和结直肠癌在内的多种癌症广泛相关 。

材料方法

材料 ：神经胶质瘤及配套癌旁（病灶旁2cm处）组织样本

方法：ONT全长转录组+ATAC-seq+qPCR+免疫组化等

研究结果

用三对胶质瘤及癌旁组织作为发现组进行了ONT全长转录组测序 ，之后又用另外6对胶质瘤及癌旁组织作为鉴定组进行了ONT全长转录组测序 ，两次测序中发现共有差异基因（DEG）503 个 ，在癌症相关通路 、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路和Ras信号通路中显著富集 。另外 ，差异基因也在神经元活动通路中富集 ，表明神经元激活与神经胶质瘤有关 ，这与最近的研究一致 ，已经有研究证明 ，突触粘附分子神经粘附蛋白-3（NLGN3）的活性依赖性裂解和分泌介导了脑癌神经调控 ，有助于通过PI3K-mTOR途径促进神经胶质瘤增殖 ，而PIK3CA 变体已被证明在神经胶质瘤发生过程中选择性地启动大脑过度活跃 ，并在神经元环境的肿瘤重塑中增加活性发挥重要作用 。因此 ，鉴定出的神经元活动相关DEGs为神经元和胶质瘤细胞之间串扰的前瞻性研究奠定了基础 。

APA分析结果显示 ，在发现数据集以及鉴定数据集中 ，共鉴定到了12492个APA事件 ，两组各自有97例和260例APA事件显示出显著差异 ，且各有52例和65例APA在两组中显示存在多A位点 ，为了分析APA事件与差异表达基因的关系 ，结果中比较了差异APA及差异基因集合 ，发现大部分共有基因在神经胶质瘤中APA 信号和表达都呈现较低水平 ，这意味着更多的多聚腺苷酸化可能有助于 mRNA 的稳定性。神经胶质瘤中的APA事件与基因表达高度相关 ，表明APA事件在这些基因的失调和胶质瘤发病机制中起着关键作用 。

为了探究神经胶质瘤中基因的转录调控 ，对发现数据集中的6个样本进行了ATAC测序 ，鉴定出与1129个基因关联的1176个差异峰（DPs） ，如预期所料 ，大多数DPs分布在基因结构的近端启动子区域 ，结果中观察到两个增加的Glypican 1（GPC1）DPs信号 ，其中一个位于启动子中 ，另一个位于第一个内含子区域 。此外 ，在神经胶质瘤样本中还观察到蛋白酪氨酸磷酸酶受体 B 型 （PTPRB） 的 DP 信号降低（内含子区） ，随后将1129个DPs相关基因和503个常见DEGs进行比较 ，找到交集的22个基因 ，结合CGGA数据库分析对应表达 ，发现有16个基因显著差异表达 ，针对这16个基因的患者生存率分析发现 ，仅 RAB3A 和 FAM20C 同时具有预后及临床的意义 ，另外这22个基因中，NPTN基因也是目前研究热度较高的基因 。通过qRT-PCR和免疫组化（IHC）染色验证了NPTN和FAM20C在天天彩票收集的神经胶质瘤样本中的表达 ，在胶质瘤较高阶段的样品中观察到NPTN的表达显着降低 ，相反 ，FAM20C在神经胶质瘤样本中的表达显著增加 ，特别是在IV期 ，IHC 染色进一步验证了 NPTN 通过抑制神经胶质瘤进展到晚期来抵消 FAM20C 的致癌功能 。

最后 ，为了探索与神经胶质瘤中 FAM20C 和 NPTN 失调相关的转录因子 ，从在线数据库 ChIP-Atlas 下载组蛋白标记物（H3K4me 和 H3K27ac）的 ChIP 数据 ，并用TCGA数据集验证这些转录因子在FAM20C或NPTN中的表达 ，最终结果表明 ，在TCGA数据集中 ，REST与FAM20C的相关系数最高 。鉴定出两个反式活性因子（BRD4 和 REST）与 FAM20C 和 NPTN 均呈正相关 。结合染色质可及性 、TFs 结合位点和 APA 分析共同影响基因表达 ，结果表明 ，神经胶质瘤样本中NPTN的表达显著降低 ，而在神经胶质瘤中观察到的峰值信号增加 。此外 ，神经胶质瘤中NPTN的APA数量明显小于对照组 。因此 ，提出了APA编号在神经胶质瘤中NPTN基因表达的转录调控中占主导地位的假设 ，本研究开创了FAM20C在神经胶质瘤中的临床意义 、体外功能和枢纽转录因子 。值得注意的是 ，FAM20C 抗体显着消除了 FAM20C 异位表达引起的肿瘤大小增加 ，总之 ，本项研究证明了转录激活的 FAM20C 是一种致癌基因 ，对神经胶质瘤具有治疗意义。

参考文献 ：

Gong B, Liang Y, Zhang Q, Li H, Xiao J, Wang L, Chen H, Yang W, Wang X, Wang Y, He Z. Epigenetic and transcriptional activation of the secretory kinase FAM20C as an oncogene in glioma. J Genet Genomics. 2023 Jun;50(6):422-433. doi:10.1016/j.jgg.2023.01.008. Epub 2023 Jan 25.

中文标题 ：基于铱（III）的PD-L1激动剂调节p62和ATF3用于增强癌症免疫治疗

英文标题：Iridium(III)-Based PD-L1 Agonist Regulates p62 and ATF3 for Enhanced Cancer Immunotherapy

期刊名称 ：Journal of Medicinal Chemistry

影响因子 ：7.3

合作单位 ：南京师范大学

百迈客生物在该研究中提供了转录组测序及部分数据分析服务 。

研究背景

金属复合物是一种靶向细胞器诱导的免疫原性细胞死亡（ICD）的抗癌药物 ，可用于乳腺癌和结肠癌的抗肿瘤免疫治疗 ，然而 ，肿瘤细胞可能在治疗后自适应表达PD-L1 ，从而刺激肿瘤自我保护机制 ，进一步加剧免疫抑制肿瘤微环境（TME） ，阻碍效应T细胞的浸润和激活 。PD-1是一种调节T细胞衰竭的核心细胞表面受体 ，T细胞会由于PD-1与PD-L1（PD-1配体）结合而失活 ，导致肿瘤免疫逃逸 ，阻断PD-1/PD-L1通路可以逆转TME ，增强内源性抗肿瘤免疫应答 ，然而以PD-L1高表达为特征的免疫原性肿瘤或“热肿瘤”相对于“冷肿瘤”（非免疫原性）来说 ，对ICB（免疫检查点阻断）治疗更为敏感 ，因此 ，一种基于促进PD-L1表达水平的策略有望将“冷肿瘤”转化为“热肿瘤” ，并提高ICB的治疗效果 。

为了有效刺激PD-L1的表达 ，本文研究团队根据之前的工作 ，合成了激动剂Ir-UA（铱-松萝酸）复合物 ，Ir-UA主要作用于线粒体 ，导致严重的线粒体功能障碍 ，包括产生过量活性氧（ROS）和线粒体膜电位（MMP）丧失。线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）和糖酵解均受到抑制 ，从而阻止了A549细胞从代谢适应中的治疗性逃逸 。

材料方法

材料 ：Ir-UA处理前后的A549细胞（人非小细胞肺癌细胞系） ；

方法 ：转录组+免疫荧光+WB（蛋白印迹分析）+ROS检测+线粒体膜电位检测等

研究结果

据报道 ，天然产物UA（松萝酸）具有刺激ATF3表达的能力 ，产生显著的ROS来启动氧化应激 。然而 ，UA的溶解度和生物利用度极低 ，而研究团队之前报道过线粒体靶向复合物Ir-NH2 ，可通过p62积累阻断线粒体吞噬对NSCLC A549细胞的抗增殖能力 ，而PD-L1水平的上调不显著 ，于是研究团队结合IrNH2和UA合成了复合物Ir-UA ，实现了通过p62和ATF3的同时促进来启动PD-L1的显著过表达，产生“1+1>2”的效果 。

为了证明Ir-UA对PD-L1表达的强大调节能力 ，研究团队进行了转录组分析 ，并比较了Ir-UA处理前后的基因表达情况 ，KEGG分析结果表明 ，癌症进展的各种途径显著变化 。例如 ，在Ir-UA处理后观察到与PD-L1表达高度相关的信号通路 ，如磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）-AKT信号通路 、Janus激酶/信号传感器和转录激活因子（JAKSTAT）信号通路 、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路等 。此外 ，还检测到控制先天或适应性免疫细胞的信号通路 ，如核因子-κB（NF-κB）信号通路 、细胞因子−细胞因子受体相互作用，白细胞介素17（IL-17）信号通路 ，肿瘤坏死因子信号通路等 ，它们对从“冷肿瘤”向“热肿瘤”的转变和克服αPD-L1耐药性起到了重要作用 。GSEA结果显示吞噬小体和OXPHOS显著富集 ，提示Ir-UA可能触发自噬小体的形成并抑制OXPHOS 。值得注意的是 ，包括ATF3在内 ，癌症中的PD-L1的表达和PD-1检查点通路也显著富集 ，这些结果证实了IrUA增强了PD-L1相关基因的转录 。细胞毒性评估结果显示 ，与A549细胞相比 ，Ir-UA对正常HLF细胞的半抑制浓度高了5倍 ，据推测 ，利用PD-L1作为治疗靶点 ，可能通过选择性地调节TME中的免疫反应来降低毒性 。与Ir-NH2相比较 ，Ir-UA的亲脂性以及A549细胞线粒体中的积累量均有明显提升 ，进一步证实了Ir-UA具有较强的线粒体靶向能力 。

为了进一步探讨Ir-UA诱导线粒体功能障碍的复杂机制 ，该研究利用ROS检测及流式细胞术检测到 ，在Ir-UA处理的A549细胞中 ，ROS显著增加 ，MMP显著丧失 ，说明Ir-UA可诱导细胞内ROS的过量产生 ，导致线粒体损伤 。此外作者还测量了细胞外酸化率（ECAR） ，与未处理的A549细胞相比 ，Ir-UA处理后的基础糖酵解 、糖酵解能力和糖酵解储备也受到抑制 。

这些结果表明 ，Ir-UA不仅抑制OXPHOS ，还抑制糖酵解 ，从而切断它们之间的转换 ，最终导致细胞死亡 。结合WB结果 ，该研究证实了Ir-UA可以阻断A549细胞的自噬 ，诱导p62的积累 ，从而可能促进PD-L1的表达 。结合RNA-seq结果中PD-L1相关基因表达水平变化和自噬阻断的变化 ，作者综合了免疫印迹及流式细胞术的结果 ，表明Ir-UA可诱导肿瘤细胞中PD-L1的高表达 ，这可能是由自噬阻断和ATF3上调的协同作用引起的 ，有望导致“冷肿瘤”向“热肿瘤”的过渡 。之后 ，该研究在皮下移植的LLC细胞肿瘤小鼠模型中验证了其抗肿瘤效果 ，证实 ，Ir-UA和αPD-L1联合使用可显著抑制具有良好生物安全性的小鼠体内肿瘤的生长 。

参考文献 ：

Deng D, Wang M, Su Y, Fang H, Chen Y, Su Z. Iridium(III)-Based PD-L1 Agonist Regulates p62 and ATF3 for Enhanced Cancer Immunotherapy. J Med Chem. 2024 Apr 25;67(8):6810-6821. doi: 10.1021/acs.jmedchem.4c00404. Epub 2024 Apr 13

文章标题 ：Assembly of high-quality genomes of the locoweed Oxytropis ochrocephala and itsendophyte Alternaria oxytropis provides new evidence for their symbiotic rela-tionship and swainsonine biosesynthesis

期刊名称 ：Molecular Ecology Resources

研究物种 ：黄花棘豆

研究方法 ：基因组 、转录组 、重测序 、代谢组

百迈客生物为其提供了基因组测序及组装技术服务 。

研究背景

黄花棘豆(Oxyvropis ochrocephala Bunge)隶属于豆科棘豆属 ，为二倍体(2n=16)多年生植物 ，是我国草原危害最大的毒害草之一 。其能够与内生真菌棘豆链格孢菌Alfernaria oxytropis共生 ，因该内生真菌合成生物碱苦马豆素(swainsonine,SW)而使植株带有毒性 ，牲畜误食后导致中毒甚至死亡 ，对畜牧业发展造成了严重影响 。

材料与方法

基因组 ：黄花棘豆 ；253.39 Gb Illumina+301.02 Gb Nanopore+330.17Gb Hi-C ；棘豆链格孢菌 ；4.40 Gb Illumina+10.09 Gb Nanopore；

转录组 ：黄生棘豆无菌幼苗 、黄生棘豆及其内生菌共生苗 、棘豆链格孢菌 ；每个材料3个生物学重复 ；

重测序 ：从中国3个省13个地理位置采集的黄花棘豆中分离的41株棘豆链格孢菌 ；19x ：代谢组 ：LC-MS ；

代谢组 ：41株棘豆链格孢菌苦马豆素含量测定

研究结果

1.黄花棘豆及A.oxytropis基因组组装注释

作者利用三代Nanopore 、二代Illumina测序技术以及Hi-C技术测序组装获得一个高质量染色体水平的黄花棘豆基因组：其基因组大小为930.94 Mb,contig N50为1.40 Mb ，scaffold N50为121.79 Mb ，共注释到31,700个蛋白质编码基因 。利用三代Nanopore和二代Illumina测序技术测序组装获得一个高质量的棘豆链格孢菌基因组 ：其基因组大小为74.48 Mb,contig N50为8.87Mb,共注释到10,657个蛋白质编码基因 。

2.黄花棘豆及A.oxytropis基因组进化和全基因组复制分析

黄花棘豆基因组进化分析显示 ，其大约于42.62百万年前分化出来 ，且与蒺藜苜蓿 、大豆具有较近的亲缘关系 。黄花棘豆与蒺藜苜蓿之间基因的共线性关系更好 ，但染色体发生了部分片段的重排 ，这些重排的基因主要参与代谢途径 。黄花棘豆基因组中6,938个基因家族发生收缩 ，1,862个基因家族发生扩张 ，在进化过程中发生了一次WGD事件。A.oxytropis基因组进化分析显示 ，A.oxytropis与同属的其他真菌聚在一起 ，与不同属中产苦马豆素的真菌相比 ，A.oxytropis具有该物种最丰富的特有基因家族 ，主要与代谢途径相关 。基于SW合成基因簇的关键基因swnK的系统进化分析发现 ，有14个目的真菌均含有该基因簇 。基于ITS系统进化分析发现 ，Altemaria属内产苦马豆素(含有swnK基因)的物种聚在一起 ，与不含swnK基因的物种分离 。

图1.黄花棘豆与其他10个物种的比较基因组学分析

3.黄花棘豆与A.oxytropis基因表达

黄花棘豆与A.oxytropis共生/非共生状态下的转录组分析显示 ，对寄主而言 ，其与内生真菌共生后差异基因主要与防御以及次级代谢相关 ；对内生真菌而言 ，其在寄主体内共生时 ，参与脂肪酸代谢 、氮代谢以及降解细胞壁相关的差异基因被大量诱导上调表达 ，同时共生诱导了大量SW合成基因的上调表达 。

4.A.oxytropis遗传变异影响苦马豆素含量

该研究丰富了前期推测的SW合成通路 ，进一步分析显示 ，一个编码P5CR的基因位于SWN簇上 ，也包含在SWN的全长序列中 。对从中国3个省13个地理位置采集的黄花棘豆种分离的41株A.oxytropis的重测序分析显示 ，一个位点SNP19996与SW含量相关 。

图2.SW基因表达 、基因结构以及SWN基因簇中SNP多样性 、A.oxytropis体内SW含量

研究总结

作者构建了高质量黄花棘豆基因组(958.83Mb) ，及其共生真菌A.oxytropis基因组(74.48Mb,contig N508.87Mb) ，并对SW生物合成基因进行了细化 。41株A.oxytropis的重测序分析找到与SW含量相关位点 ，转录组分析发现了与宿主的防御和次级代谢相关的差异表达基因(DEGs) 。在内生菌中 ，DEGs与细胞壁降解 、脂肪酸和氮代谢有关 。共生关系诱导了大部分SW生物合成基因的上调 。