自空間轉(zhuǎn)錄組被評(píng)為2020年nature methods年度技術(shù)后，不同的空間組學(xué)平臺(tái)如雨后春筍般展現(xiàn)在了大眾的視野內(nèi)，其中，10x Genomcs的空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)走在了科研的前列，10x Genomcs Visium基于poly(dT)的無(wú)偏差RNA捕獲方式給了空間轉(zhuǎn)錄組更廣泛的應(yīng)用空間和物種適應(yīng)性。

10X Genomcs Visium從技術(shù)建立至今的四年中，絕大多數(shù)的樣本是以人或小鼠等動(dòng)物為主。但植物相關(guān)的空間轉(zhuǎn)錄組文章所見(jiàn)甚少，那么植物和動(dòng)物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和成分差異亦或是在前期植物冰凍切片時(shí)的難度可能是阻礙植物使用空間轉(zhuǎn)錄組的難點(diǎn)。

上海伯豪生物的實(shí)驗(yàn)研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化摸索，最終在植物樣本的冰凍包埋，切片，樣本透化過(guò)程建立了一套伯豪自己的解決方案。并成功在擬南芥、楊樹(shù)、 槐樹(shù)等多種植物類型中進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，積累了豐富的植物空轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。其中，楊樹(shù)是最具代表性的案例。該研究成果由浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院杜娟課題組發(fā)表在Molecular Plant上，回答了植物學(xué)領(lǐng)域爭(zhēng)論了120年的科學(xué)問(wèn)題：即植物的次生維管組織發(fā)育過(guò)程中，韌皮部細(xì)胞和木質(zhì)部細(xì)胞是來(lái)源于一個(gè)共同的干細(xì)胞中心，還是分別來(lái)源于兩個(gè)干細(xì)胞中心？

本研究中，作者通過(guò)電子顯微鏡觀察與10x Genomcs Visium空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序相結(jié)合的方法，追蹤研究了木本模式植物-楊樹(shù)莖從頂端原形成層干細(xì)胞逐步發(fā)育形成次生維管組織干細(xì)胞的連續(xù)過(guò)程。

首先，作者通過(guò)電鏡切片的觀察發(fā)現(xiàn)，莖從初生生長(zhǎng)到次生生長(zhǎng)的連續(xù)發(fā)育過(guò)程中，莖頂端的原形成層干細(xì)胞衍生的子細(xì)胞在韌皮部和形成層兩個(gè)組織區(qū)域中，分別形成了形態(tài)差異顯著的兩類次生分生組織干細(xì)胞群。在韌皮部中的干細(xì)胞群，細(xì)胞形態(tài)特征與原形成層干細(xì)胞類似，具有細(xì)胞分裂能力，負(fù)責(zé)韌皮部細(xì)胞的形成；在維管形成層區(qū)域的干細(xì)胞群，由已知的形成層紡錘狀原始細(xì)胞和射線原始細(xì)胞組成，負(fù)責(zé)木質(zhì)部細(xì)胞的形成（圖1）。

后續(xù)作者運(yùn)用10x Genomcs Visium空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法，分析了楊樹(shù)莖從初生生長(zhǎng)到次生生長(zhǎng)連續(xù)發(fā)育過(guò)程中，原形成層干細(xì)胞衍生的子細(xì)胞分別分化形成韌皮部干細(xì)胞，以及維管形成層干細(xì)胞的特征表達(dá)的基因（圖2）。

基于以上三方面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，作者進(jìn)而提出了關(guān)于木本植物次生維管系統(tǒng)發(fā)育的一個(gè)新的理論模型 （圖3）。

最后作者運(yùn)用擬時(shí)序分析方法，分析了從初生分生組織干細(xì)胞到次生分生組織干細(xì)胞分化過(guò)程中的基因表達(dá)規(guī)律（圖4A）；以及兩類次生維管組織干細(xì)胞分別分化形成韌皮部細(xì)胞與木質(zhì)部細(xì)胞過(guò)程中的基因表達(dá)規(guī)律（圖4B）。

本研究首次系統(tǒng)解析了植物次生維管組織干細(xì)胞的起源發(fā)生與發(fā)育過(guò)程，提供了維管組織干細(xì)胞及其衍生細(xì)胞在各個(gè)分化階段的形態(tài)結(jié)構(gòu)與特征表達(dá)基因圖譜，為進(jìn)一步研究陸生植物維管組織系統(tǒng)演化提供了非常重要的資源。同時(shí)也為篩選維管組織發(fā)育與木材形成的關(guān)鍵調(diào)控因子進(jìn)行分子育種，改良植物株型，調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育與抗逆提供新的研究視角。? ?

伯豪生物經(jīng)驗(yàn)

由于植物樣本的特殊性，在前期樣本準(zhǔn)備過(guò)程中，遇到了比較多的困難，如植物樣本如何進(jìn)行冰凍包埋，以及植物樣本切片易碎裂的問(wèn)題，在經(jīng)過(guò)了較多次的嘗試與分析后，確定了比較好的樣本收集及切片方法。

同時(shí)在后續(xù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于植物樣本和動(dòng)物樣本的差異性，在實(shí)驗(yàn)試劑上也較常規(guī)試劑盒做了更改，例如在樣本透化過(guò)程中，由于植物樣本具有細(xì)胞壁，很難將mRNA透化出來(lái)，所以我們根據(jù)楊樹(shù)細(xì)胞壁的成分，添加了不同的蛋白酶，去進(jìn)行預(yù)透化。并且，在實(shí)驗(yàn)前期我們也與空轉(zhuǎn)發(fā)明人瑞典科學(xué)家Joakim Lundeberg進(jìn)行了溝通交流，最終確定下適合植物樣本的試劑方案。后續(xù)在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，我們也和杜老師多次溝通，摸索出了一套植物空轉(zhuǎn)特有的分析方案。

目前上海伯豪生物在植物空轉(zhuǎn)樣本類型上已經(jīng)有較多的嘗試，如擬南芥、楊樹(shù)、 槐樹(shù)等植物類型我們都進(jìn)行過(guò)包埋和切片實(shí)驗(yàn)，也都有較豐富的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。