懷特黑德研究所和麻省理工學(xué)院的一個(gè)研究小組利用單細(xì)胞技術(shù)分析來自再生性渦蟲扁蟲Schmidtea mediterranea的超過65,000個(gè)細(xì)胞，揭示了完整生物體中幾乎所有類型細(xì)胞的全套活性基因(或“轉(zhuǎn)錄組”)。 。這個(gè)轉(zhuǎn)錄組圖譜代表了關(guān)于渦蟲的生物信息的寶庫(kù)，這是一項(xiàng)深入研究的主題，部分原因在于它具有重新生長(zhǎng)丟失或受損身體部位的獨(dú)特能力。正如4月19日在線期刊“科學(xué)”雜志所述，這是一種新的公開資源已經(jīng)推動(dòng)了重要的發(fā)現(xiàn)，包括鑒定新的渦蟲細(xì)胞類型，細(xì)胞從一種類型成熟到另一種類型的關(guān)鍵過渡狀態(tài)的表征，以及可以從肌肉細(xì)胞傳遞位置線索的新基因的身份 - 組織的關(guān)鍵組成部分再生。

“我們真的處在一個(gè)驚人時(shí)代的開端，”資深作者彼得雷迪恩說，他是懷特黑德研究所的成員，麻省理工學(xué)院生物學(xué)教授，以及霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究員。“正如基因組序列成為研究無數(shù)生物生物學(xué)不可或缺的資源一樣，分析每種細(xì)胞類型的轉(zhuǎn)錄組將成為另一種基本工具 - 不僅適用于渦蟲，而且適用于許多不同的生物。”

系統(tǒng)地揭示基因組中哪些基因在單個(gè)細(xì)胞內(nèi)是活躍的能力來自稱為單細(xì)胞RNA測(cè)序的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)的最新進(jìn)展大大降低了每細(xì)胞成本，使得單個(gè)實(shí)驗(yàn)室可以分析適當(dāng)大量的細(xì)胞以捕獲復(fù)雜的多細(xì)胞生物中存在的細(xì)胞類型多樣性。

Reddien從一開始就一直密切關(guān)注這項(xiàng)技術(shù)，因?yàn)樗嘈潘峁┝私忾_渦蟲生物學(xué)的理想方法。“Planarians相對(duì)簡(jiǎn)單，因此理論上我們可以捕獲每種細(xì)胞類型。但它們?nèi)匀挥凶銐蚨嗟募?xì)胞 - 包括我們幾乎不知道甚至一無所知的類型，”他解釋道。“而且由于渦蟲生物學(xué)的不尋常方面 - 本質(zhì)上，成年人保持發(fā)育信息和祖細(xì)胞，其他生物可能僅在胚胎中短暫存在 - 我們可以通過取樣捕獲有關(guān)成熟細(xì)胞，祖細(xì)胞和信息指導(dǎo)細(xì)胞決策的信息只有一個(gè)階段，成年人。“

兩年半前，Reddien和他的同事 - 由Reddien實(shí)驗(yàn)室的研究生Christopher Fincher領(lǐng)導(dǎo) - 開始系統(tǒng)地將單細(xì)胞RNA測(cè)序應(yīng)用于渦蟲。該組從動(dòng)物的五個(gè)區(qū)域分離出單個(gè)細(xì)胞，并從總共66,783個(gè)細(xì)胞中收集數(shù)據(jù)。結(jié)果包括稀有細(xì)胞類型的轉(zhuǎn)錄組，例如包含大約500,000至1百萬個(gè)細(xì)胞的成年動(dòng)物中約10個(gè)細(xì)胞的那些。

此外，研究人員發(fā)現(xiàn)了一些尚未在渦蟲中描述的細(xì)胞類型，以及許多生物共有的細(xì)胞類型，使得該圖譜成為整個(gè)科學(xué)界的寶貴工具。“我們發(fā)現(xiàn)許多細(xì)胞在整個(gè)動(dòng)物中廣泛存在，但之前未被發(fā)現(xiàn)。這一令人驚訝的發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了這種方法在鑒定新細(xì)胞方面的巨大價(jià)值，這種方法可廣泛應(yīng)用于許多未被研究的生物體，”芬奇說。 。

“我們的轉(zhuǎn)錄組圖譜的一個(gè)主要重要方面是它對(duì)科學(xué)界的實(shí)用性，”Reddien說。“因?yàn)楹芏嗉?xì)胞類型存在于渦蟲中，很久以前就已經(jīng)在進(jìn)化過程中出現(xiàn)，現(xiàn)在全球各種生物體中仍然存在類似細(xì)胞。這意味著可以利用這種資源研究這些細(xì)胞類型及其中活躍的基因。”

Whitehead團(tuán)隊(duì)還對(duì)他們的地圖集進(jìn)行了一些初步分析，他們將其稱為“Planarian Digiworm”。例如，他們能夠在轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中辨別出反映干細(xì)胞進(jìn)展為更特化的分化細(xì)胞類型的各種過渡狀態(tài)。之前已經(jīng)詳細(xì)分析了這些細(xì)胞過渡狀態(tài)中的一些，從而為團(tuán)隊(duì)的方法提供了重要的驗(yàn)證。

此外，Reddien及其同事從他們自己先前的廣泛研究中了解到，在成人渦蟲肌肉信息中編碼的位置信息不僅對(duì)于成人組織的一般維護(hù)而且對(duì)于丟失或受損組織的再生都是必需的?；谝阎虻幕顒?dòng)模式，他們可以粗略地確定細(xì)胞在完整動(dòng)物中占據(jù)哪個(gè)位置，然后對(duì)這些細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行分類以鑒定作為傳遞位置信息候選者的新基因。

“現(xiàn)在可以使用這些數(shù)據(jù)獲得無限數(shù)量的指示，”Reddien說。“我們計(jì)劃擴(kuò)展我們的初步工作，使用進(jìn)一步的單細(xì)胞分析，并開采轉(zhuǎn)錄組圖譜以解決再生生物學(xué)中的重要問題。我們希望其他許多研究人員發(fā)現(xiàn)這也是非常有價(jià)值的資源。”