单细胞数据库推动生物学研究

怀特黑德研究所和麻省理工学院的一个研究小组利用单细胞技术分析来自再生性涡虫扁虫Schmidtea mediterranea的超过65,000个细胞，揭示了完整生物体中几乎所有类型细胞的全套活性基因(或“转录组”)。 。这个转录组图谱代表了关于涡虫的生物信息的宝库，这是一项深入研究的主题，部分原因在于它具有重新生长丢失或受损身体部位的独特能力。正如4月19日在线期刊“科学”杂志所述，这是一种新的公开资源已经推动了重要的发现，包括鉴定新的涡虫细胞类型，细胞从一种类型成熟到另一种类型的关键过渡状态的表征，以及可以从肌肉细胞传递位置线索的新基因的身份 - 组织的关键组成部分再生。

“我们真的处在一个惊人时代的开端，”资深作者彼得雷迪恩说，他是怀特黑德研究所的成员，麻省理工学院生物学教授，以及霍华德休斯医学研究所的研究员。“正如基因组序列成为研究无数生物生物学不可或缺的资源一样，分析每种细胞类型的转录组将成为另一种基本工具 - 不仅适用于涡虫，而且适用于许多不同的生物。”

系统地揭示基因组中哪些基因在单个细胞内是活跃的能力来自称为单细胞RNA测序的关键技术。该技术的最新进展大大降低了每细胞成本，使得单个实验室可以分析适当大量的细胞以捕获复杂的多细胞生物中存在的细胞类型多样性。

Reddien从一开始就一直密切关注这项技术，因为他相信它提供了解开涡虫生物学的理想方法。“Planarians相对简单，因此理论上我们可以捕获每种细胞类型。但它们仍然有足够多的细胞 - 包括我们几乎不知道甚至一无所知的类型，”他解释道。“而且由于涡虫生物学的不寻常方面 - 本质上，成年人保持发育信息和祖细胞，其他生物可能仅在胚胎中短暂存在 - 我们可以通过取样捕获有关成熟细胞，祖细胞和信息指导细胞决策的信息只有一个阶段，成年人。“

两年半前，Reddien和他的同事 - 由Reddien实验室的研究生Christopher Fincher领导 - 开始系统地将单细胞RNA测序应用于涡虫。该组从动物的五个区域分离出单个细胞，并从总共66,783个细胞中收集数据。结果包括稀有细胞类型的转录组，例如包含大约500,000至1百万个细胞的成年动物中约10个细胞的那些。

此外，研究人员发现了一些尚未在涡虫中描述的细胞类型，以及许多生物共有的细胞类型，使得该图谱成为整个科学界的宝贵工具。“我们发现许多细胞在整个动物中广泛存在，但之前未被发现。这一令人惊讶的发现强调了这种方法在鉴定新细胞方面的巨大价值，这种方法可广泛应用于许多未被研究的生物体，”芬奇说。 。

“我们的转录组图谱的一个主要重要方面是它对科学界的实用性，”Reddien说。“因为很多细胞类型存在于涡虫中，很久以前就已经在进化过程中出现，现在全球各种生物体中仍然存在类似细胞。这意味着可以利用这种资源研究这些细胞类型及其中活跃的基因。”

Whitehead团队还对他们的地图集进行了一些初步分析，他们将其称为“Planarian Digiworm”。例如，他们能够在转录组数据中辨别出反映干细胞进展为更特化的分化细胞类型的各种过渡状态。之前已经详细分析了这些细胞过渡状态中的一些，从而为团队的方法提供了重要的验证。

此外，Reddien及其同事从他们自己先前的广泛研究中了解到，在成人涡虫肌肉信息中编码的位置信息不仅对于成人组织的一般维护而且对于丢失或受损组织的再生都是必需的。基于已知基因的活动模式，他们可以粗略地确定细胞在完整动物中占据哪个位置，然后对这些细胞的转录组进行分类以鉴定作为传递位置信息候选者的新基因。

“现在可以使用这些数据获得无限数量的指示，”Reddien说。“我们计划扩展我们的初步工作，使用进一步的单细胞分析，并开采转录组图谱以解决再生生物学中的重要问题。我们希望其他许多研究人员发现这也是非常有价值的资源。”