编者按：理解基因组中每个基因在胚胎发育过程中对个体表型的贡献，是发育遗传学的核心目标。随着单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术的发展，构建全胚胎细胞图谱变得可行。然而，现有的数据大多来源于野生型胚胎，尚未对发育过程中可能存在的变异进行评估。美国华盛顿大学在《Nature》上发表的研究首次在斑马鱼胚胎中实现了全胚胎范围、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）。研究利用斑马鱼Crispant技术、高通量单细胞核RNA测序及Sci-Plex多重标记技术，鉴定出33种主要组织的99种细胞类型和156种细胞亚型。这不仅为大规模、高通量的胚胎发育和基因功能研究铺平了道路，也将加速胚胎发育研究，并深化对特定基因突变如何影响整个胚胎中的细胞及其致病机制的理解。

01、研究概述：本研究中的ZSCAPE斑马鱼单细胞图谱，集合了1812个解析发育中的斑马鱼胚胎的单细胞转录组数据，包含19个时间点、23个遗传干扰因素以及320万个细胞。由于每个条件下均有多个胚胎样本，高度的复制性使得研究人员能够评估细胞类型丰度的变化，并检测细胞类型组成相对于野生型胚胎的扰动依赖性偏差。此方法对于稀有细胞类型极为敏感，能够解析脑神经节神经元的发育轨迹和遗传依赖性，提供了关于头骨早期起源的新假设。

研究人员预期，通过标准化收集大量个体胚胎的高分辨率、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性，同时解决开发遗传学中的长期挑战，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突破：本研究整合了Sci-Plex多重标记、CRISPR-cas9基因编辑及单细胞转录组测序（sci-RNA-seq3），首创了ScEdiT单细胞编辑追踪技术平台，为大规模、高通量的胚胎发育研究奠定了基础。Sci-Plex技术实现了对不同样本中的细胞或细胞核进行“散列”标记组合，从而进行细胞溯源；斑马鱼Crispant技术则能够在胚胎早期阶段产生高效突变体，绕开传统方法数代才能获得稳定突变体的周期；而单细胞转录组测序技术则允许对数百万个细胞核进行分析，实现了胚胎的全面检测。

2. 构建ZSCAPE斑马鱼单细胞图谱：本研究创建了ZSCAPE“受干扰胚胎的斑马鱼单细胞图谱”，整合了1812个单细胞转录组数据。这些数据与早期斑马鱼单细胞RNA测序数据一致，将细胞分为33种主要组织、99种细胞类型和156种细胞亚型。研究发现基因扰动引起的细胞组成变化，揭示了基因对胚胎发育过程的显著影响，为精准医疗中的潜在应用提供了重要依据。

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03、编者点评：本研究实现了“斑马鱼胚胎扰动单细胞图谱”（ZSCAPE）的构建，并首次动态关联基因扰动与全胚胎细胞表型，通过标准化的胚胎尺度单细胞分析，推动了反向遗传学进入“全胚胎+单细胞+时序”的新维度。这为构建遗传依赖的全景图谱和解析复杂表型的非编码调控机制铺平了道路，开启了精准医疗的胚胎尺度建模的新纪元。欢迎对斑马鱼生物技术相关需求感兴趣的读者与尊龙凯时联系！