Cell：基因表达和单细胞形态的全身整合

开源的互动探索

在本篇文章中，Hernando M. Vergara等人提供了一个用于使用非物种特异性技术生成整合整个动物体内所有细胞的转录和形态信息的图谱框架。这些细胞图谱整合了整个环节动物的基因表达和超微结构，对所有分段细胞、细胞核和染色质的形态测量对细胞类别进行分类，并行头部神经节核和蘑菇体的分子解剖和投影组，利用开源浏览器探索和分析多模态大图像数据。




为了获取全身SBEM数据集，以 10 nm 的像素大小 (x/y) 和25 nm 的截面厚度 (z) 收集了完整的 6-dpf幼虫的 EM 图像堆栈，从而产生了 11,416 个由 > 200,000 块瓷砖制成的平面图像总大小为 2.5 TB。该数据集能够对整个身体的整体解剖结构和超微结构细节进行详细分析。

一个全身连续块面扫描电子显微镜数据集

文中从 EM 体积中分割每个细胞、细胞核和选定的超微结构。为了评估细胞分割的质量，研究专注于幼虫肾病。作为全面超微结构分割原理的证明，研究对肾纤毛进行了分割，并表明每侧 7 个细胞中的每一个都为连续的中央束贡献了几个纤毛。该束在左侧和右侧分别包含 85 和 78 根纤毛。结果观察到两侧每个细胞的纤毛分布相似，发现对于任何管腔横截面，表明纤毛主要来自一个细胞。亚核结构的强烈对比允许使用核分割作为掩码对染色质进行语义分割。细胞核显示出明暗亚区的曲折模式，对应于经典的常染色质和异染色质加核仁。

研究过程中注意到单独的染色质特征（强度和纹理）仍然以惊人的效率发现双侧对（例如，7% 的细胞在 5 个最近的邻居中找到合作伙伴，12% 在 10 个，18% 在 20 个），这些结果表明染色质形态和基因表达谱之间存在一些相关性。文章使用成人眼睛进行注册验证，其复杂的细胞形态包括横纹状感光细胞和色素细胞，并揭示了单独划分色素和光感受器的基本-螺旋-环-螺旋 (bHLH) 转录因子mitf和单独划分光感受器细胞的 bHLH 因子olig 的不同模式。

研究在头部伪随机选取384个neu神经元，手动追踪其分枝，观察每个GN神经元独特、独特的神经突起突起和神经支配场。这使得研究者能够定义6-的感觉和中枢GN基于基因表达、位置、神经元形态和投射信息的DPF脑。

头部神经节和蘑菇体的表达谱和神经投射

综上所述，研究将细胞分辨率基因表达、解剖分割和神经突追踪的独特组合产生了对身体整体组织的新见解，代表了对基因表达和亚细胞形态之间关系进行全面调查的第一步。借助这个的新资源，可以将其扩展为整合整个动物和不同发育阶段的连接组学和转录组学。（生物谷bioon.com）

参考文献：Whole-body integration of gene expression and single-cell morphology. Cell. 2021 Aug 7:S0092-8674(21)00876-X. doi:10.1016/j.cell.2021.07.017.