编者按：了解每个基因对胚胎发育过程中个体表型的贡献是发育遗传学的核心目标。随着单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术的不断发展，建立全胚胎细胞图谱变得可能。然而，目前大部分数据来自野生型胚胎，并未考量发育过程中潜在的变异因素。能否将生命发育基因如同代码一般进行“逆向编译”？美国华盛顿大学发表在《Nature》上的一项研究首次实现了在斑马鱼胚胎中进行全胚胎尺度、单细胞精度的反向遗传操作，构建了“受干扰胚胎的斑马鱼单细胞图谱”（ZSCAPE）。该研究运用了斑马鱼Crispant技术、高通量单细胞核RNA测序及Sci-Plex多重标记等手段，成功鉴定出33种主要组织中的99种细胞类型和156种细胞亚型，对大量个体胚胎进行了全面的单细胞分析。这为大规模、高通量的胚胎发育及基因功能研究铺平了道路，加速了对胚胎发育的研究进程，也有助于更好地理解特定基因突变如何影响整个胚胎中的细胞及其致病机制。

01、研究概述：在本研究中，研究者建立了“受干扰胚胎的斑马鱼单细胞图谱”，收集了1812个单独解析发育中的斑马鱼胚胎的单细胞转录组数据，涵盖19个时间点、23个遗传干扰及320万个单细胞转录组。高度复现的实验（每个条件下至少有八个胚胎）使研究人员能够评估整个生物体内细胞类型丰度的变化，检查细胞类型组成相对于野生型胚胎的扰动依赖性偏差。该方法对稀有细胞类型特别敏感，能够解析脑神经节神经元的发育轨迹和遗传依赖性。这些神经元仅占胚胎细胞总体不到1%。此外，针对单个突变体的时间序列分析发现了一类独立的细胞，其转录组与脊索鞘细胞极为相似，进而揭示了有关头骨早期起源的新假设。研究人员相信，从大量个体胚胎标准化收集高分辨率、生物体规模的单细胞数据，将有助于绘制斑马鱼细胞类型的遗传依赖关系，同时还将解决发育遗传学中长期存在的挑战，包括个体表型多样性背后的细胞和转录可塑性。

02、主要研究成果：

1. ScEdiT单细胞编辑追踪技术的革命性突破：本研究创新性地结合了Sci-Plex多重标记技术、CRISPR-Cas9基因编辑技术及单细胞转录组测序（sci-RNA-seq3）技术，创立了ScEdiT单细胞编辑追踪技术平台，进而为大规模、高通量的胚胎发育研究提供了全新途径。Sci-Plex多重标记技术允许对不同样本中的细胞或细胞核进行“散列”标记组合，从而实现细胞追踪，并且能够同步分析多个个体；利用斑马鱼Crispant技术，可在胚胎早期阶段高效生成突变体，显著缩短了传统方法所需的几代时间。此外，单细胞转录组测序技术则可对数百万个细胞核的转录组进行同时分析，显著提高了实验效率。

2. 建立ZSCAPE斑马鱼单细胞图谱：研究者成功构建了ZSCAPE“受干扰胚胎的斑马鱼单细胞图谱”，收集到的数据包罗1812个单独解析的发育中的斑马鱼胚胎的单细胞转录组数据，涵盖19个时间点、23个遗传干扰及320万个单细胞转录组。在各个时间点，研究人员收集了48到140个胚胎，在四个单细胞组合索引RNA测序（sci-RNA-seq3）实验中，获得了约17000到231000个高质量细胞的单核转录组。尽管这些数据来自不同平台，但与早期的斑马鱼scRNA-seq数据相吻合。总体而言，研究人员将细胞划分为33种主要组织、99种广泛的细胞类型和156种细胞亚型。这些研究成果为为精准医疗及功能基因组学的进一步研究提供了重要的基础。

03、编者点评：本研究的成功构建“斑马鱼胚胎扰动单细胞图谱”（ZSCAPE），首次实现了基因扰动与全胚胎细胞表型之间的动态关联。通过标准化的胚胎尺度单细胞分析，推动反向遗传学进入“全胚胎+单细胞+时序”的新维度，有助于构建遗传依赖的全景图谱，解析复杂表型的非编码调控机制，从而为精准医疗的胚胎尺度建模开辟了全新路径。作为健康美丽产业的开创者和引领者，尊龙凯时致力于生物技术服务的多元化布局，建立了涵盖“斑马鱼、基因编辑、类器官、哺乳动物及人类”的综合技术服务体系，期待为广泛的科研需求提供解决方案。