Cell：“鱼与熊掌兼得”！王思远团队开发单分子分辨率、覆盖全基因组的空间转录组学新技术

来源：生物世界 2025-10-05 11:21

空间转录组学技术的发明，彻底改变了生物医学研究，使我们能够以空间分辨率对细胞和组织中的基因活动进行分析。这些工具已在各种组织和情境中得到广泛应用，为细胞身份、相互作用和组织结构提供了前所未有的见解，揭示了健康和疾病中的关键分子机制。

现有的空间转录组学技术大致可分为两类：1）空间捕获/标记技术，利用高通量测序读取空间标记的转录本；2）基于图像的技术，利用多重荧光原位杂交（FISH）或原位测序（ISS）直接检测空间转录本。然而，这两类方法都存在 鱼与熊掌不可兼得 的困境 前者可实现全基因组转录本覆盖，但空间分辨率较低，且不能保留细胞和亚细胞形态；后者可实现单分子的空间分辨率，并能保持细胞和亚细胞形态，但转录组覆盖率低。这阻碍了在精细空间尺度上进行无偏倚的全局性转录组分析。

2025 年 10 月 1 日，耶鲁大学王思远团队（博士后程育宝、党盛源、张源作为共同第一作者）在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Sequencing-free whole-genome spatial transcriptomics at single-molecule resolution的研究论文。

该研究开发了RAEFISH（Reverse-padlock Amplicon Encoding Fluorescence In Situ Hybridization），这是一种基于图像的空间转录组学新方法，具有全基因组覆盖范围（小鼠 22000 个基因，人类 23000 个基因）和完整组织中的单分子分辨率（精确定位单个 RNA 分子在细胞内的位置），从而解决了现有空间转录组学技术普遍存在的 鱼与熊掌不可兼得 的困境（转录组覆盖率和空间分辨率只能二选一）。

该研究开发的基于图像的空间转录组学方法 RAEFISH，具有全基因组覆盖范围和完整组织中的单分子分辨率。该研究展示了其在单细胞和组织切片中对 23000 个人类基因转录本或 22000 个小鼠基因转录本进行空间分析。分析结果揭示了转录本特异性的亚细胞定位、细胞类型特异性和细胞类型不变的分区依赖性转录组以及偏好性细胞间相互作用的基因程序.研究团队还进一步将该技术用于基于图像的高内涵 CRISPR 筛选中直接读取 gRNA 的空间信息。

总的来说，该研究开发的 RAEFISH 技术能够在许多生物医学情境中对长链和短链、天然和人工合成的 RNA 进行高覆盖度、高分辨率的空间定位分析。RAEFISH 技术标志着空间转录组学领域的一个重大飞跃，它首次将全基因组范围的检测能力与单分子级的空间分辨率结合起来，为生命科学和生物医学研究（例如发育生物学、神经科学、肿瘤微环境研究、药物发现等）提供了一个强大的的发现工具。