編者按：了解基因組中每一個基因在胚胎發育過程中的表型貢獻，是生物醫學研究的核心目標之一。隨著單細胞RNA測序(scRNA-seq)技術的不斷成熟，構建完整的胚胎細胞圖譜已成為可能。然而，大多數現有數據均來源于野生型胚胎，尚未對發育過程中可能存在的變異進行評估。生命發育基因是否能夠像代碼一樣進行“逆向編譯”？
美國華盛頓大學在《Nature》上發表了一項前沿研究，首次在斑馬魚胚胎中實現了全胚胎尺度、單細胞精度的反向遺傳操作，并建立了“受干擾胚胎的斑馬魚單細胞圖譜”（ZSCAPE）。研究者利用斑馬魚Crispant技術、高通量單細胞核RNA測序和Sci-Plex多重標記法，識別出33種主要組織中的99種細胞類型和156種細胞亞型，進行大量個體胚胎的單細胞分析。這為大規模、高通量的胚胎發育和基因功能研究打開了新的通道，推動了對胚胎發育機制及特定基因突變影響的深入理解。
01、研究概述
本研究構建了“受干擾胚胎的斑馬魚單細胞圖譜”，收集了1812個單獨解析發育中斑馬魚胚胎的單細胞轉錄組數據，覆蓋19個時間點、23種遺傳干擾和320萬個單細胞轉錄組。研究的高度復制性（每個條件下有八個或更多胚胎）使得研究者能夠評估生物體內細胞類型豐度的變化，并檢測細胞類型組成相對于野生型胚胎的擾動依賴性偏差。該方法能夠敏感解析稀有細胞類型，揭示腦神經節神經元的發育軌跡和遺傳依賴性。
02、主要研究成果
1. ScEdiT單細胞編輯追蹤技術的革命性突破
本研究通過集成Sci-Plex多重標記技術、CRISPR-Cas9基因編輯技術以及單細胞轉錄組測序（sci-RNA-seq3），創新性地推出了ScEdiT單細胞編輯追蹤技術平臺，為大規模、高通量的胚胎發育研究奠定了基礎。Sci-Plex技術能有效進行細胞溯源，支持對多個個體的同時分析；斑馬魚Crispant技術在胚胎早期產生高效突變體，顯著縮短了基因編輯的時間；而單細胞轉錄組測序則實現了對數百萬個細胞核轉錄組的同步分析與動態追蹤，顯著提高了實驗效率。
2. 建立ZSCAPE斑馬魚單細胞圖譜
研究團隊構建的ZSCAPE圖譜，收集了1812個單獨解析的單細胞轉錄組數據，涵蓋了19個時間點和320萬個單細胞轉錄組。每個時間點收集48到140個胚胎，進行高質量細胞的RNA測序。在此基礎上，研究者識別出33種主要組織、99種細胞類型和156種亞型。
最后，研究人員進一步基于斑馬魚Crispant技術分析了CRISPR-Cas9突變對細胞組成變化的影響，尤其是針對23個基因的擾動，揭示了不同細胞類型的豐度變化。這些發現為理解復雜表型的遺傳調控機制提供了新的線索。
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03、編者點評
該研究構建的ZSCAPE圖譜，首次實現了基因擾動與全胚胎細胞表型的動態關聯，通過標準化胚胎尺度的單細胞分析，將反向遺傳學推向“全胚胎+單細胞+時序”的新維度。這為建立遺傳依賴全景圖譜及解碼復雜表型的非編碼調控機制，推動精準醫療的胚胎尺度建模帶來了新思路。作為生物醫療行業的先鋒，環特生物在斑馬魚生物技術領域的多項創新，必將為生命科學的未來發展提供強有力的支持與助力。
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