生物通報(bào)道：以精確的定時(shí)模式表達(dá)的基因，被稱為振蕩基因，在細(xì)胞分裂、晝夜節(jié)律和肢體形成這樣的發(fā)育功能中，起著重要的作用。但是，因?yàn)槲覀儾荒軐?duì)基因表達(dá)進(jìn)行定時(shí)的觀察，因此，這些基因在很大程度上是未被發(fā)現(xiàn)的。

最近，美國(guó)Morgridge研究所和威斯康星-麥迪遜大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出一種算法，提供了一種新的方法，來(lái)識(shí)別振蕩基因的動(dòng)力學(xué)，并首次確定了這些早期發(fā)育力量的作用。

這項(xiàng)研究發(fā)表在八月二十四日的《Nature Methods》，描述了這種新的統(tǒng)計(jì)方法，稱為“Oscope”，有助于在單細(xì)胞RNA測(cè)序?qū)嶒?yàn)中確定振蕩基因。Oscope的關(guān)鍵是，檢測(cè)來(lái)自非同步化群體的細(xì)胞，這些細(xì)胞處于不同的發(fā)育狀態(tài)。

用傳統(tǒng)的RNA測(cè)序技術(shù)來(lái)研究振蕩基因，要求研究人員“選擇”僅僅一個(gè)已知的振動(dòng)系統(tǒng)，并對(duì)本系統(tǒng)執(zhí)行同步化。這一步驟掩蓋了其他任何系統(tǒng)的振蕩信號(hào)。

本文共同作者、Morgridge研究所計(jì)算生物學(xué)家冷寧（音譯，Ning Leng）說(shuō)：“在這項(xiàng)研究中，我們研究了非同步化的單細(xì)胞數(shù)據(jù)，因此沒(méi)有振蕩系統(tǒng)受到干擾。這使我們能夠發(fā)現(xiàn)未知的振蕩信號(hào)。”

Oscope可識(shí)別獨(dú)立組的循環(huán)基因，并捕獲每一組的一個(gè)“基本周期”，從而提供了一種實(shí)用的方法，來(lái)分析發(fā)揮周期作用的不同類型的基因。這項(xiàng)技術(shù)可以為處于基本發(fā)育核心的基因，打開(kāi)新的研究途徑。

聯(lián)川生物為研究人員提供從轉(zhuǎn)錄組測(cè)序發(fā)現(xiàn)到表達(dá)譜分析的一站式解決方案

Oscope誕生于一項(xiàng)多學(xué)科的合作研究。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要將UW-Madison生物統(tǒng)計(jì)學(xué)和醫(yī)學(xué)信息學(xué)系Christina Kendziorski教授的統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)知識(shí)，與Morgridge研究所干細(xì)胞研究先驅(qū)James Thomson的干細(xì)胞優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)。

冷寧和Morgridge研究所博士后Li-Fang Chu是這篇論文的共同作者。兩者都是Thomson在Morgridge研究所再生生物學(xué)團(tuán)隊(duì)的成員。Oscope軟件包可免費(fèi)提供給科學(xué)家們，可訪問(wèn)這個(gè)網(wǎng)站：https://www.biostat.wisc.edu/~kendzior/OSCOPE/。

Chu說(shuō)：“我們認(rèn)為，這是了解振蕩基因及其與發(fā)育過(guò)程之間的關(guān)系的第一步。最有趣的問(wèn)題是，基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)如何調(diào)節(jié)基因表達(dá)？這些信號(hào)如何以一種適時(shí)的方式協(xié)調(diào)，來(lái)執(zhí)行一項(xiàng)發(fā)育任務(wù)？Thomson實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)是，建立一個(gè)強(qiáng)大的系統(tǒng)，檢測(cè)對(duì)于發(fā)育過(guò)程很重要的時(shí)間相關(guān)基因。”

研究最充分的振蕩基因是與晝夜節(jié)律鐘相關(guān)的，晝夜節(jié)律鐘基于光照，并在24小時(shí)內(nèi)嚴(yán)格調(diào)節(jié)著新陳代謝和細(xì)胞增殖。

Chu說(shuō)，這對(duì)疾病也有深遠(yuǎn)影響，最值得注意的是癌癥，在這種疾病中，正常的細(xì)胞分裂的時(shí)間被劫持，細(xì)胞增殖失控。Oscope技術(shù)可能識(shí)別遺傳周期和疾病之間的其他關(guān)系。

單細(xì)胞RNA測(cè)序是獲取基因表達(dá)快照的一種非常強(qiáng)大的工具，但是隨著時(shí)間的推移，它就不那么容易跟蹤一個(gè)細(xì)胞。Oscope采用高分辨率的快照數(shù)據(jù)，來(lái)識(shí)別可能隨時(shí)間變化的不同基因群。延伸閱讀：解讀單細(xì)胞RNA-seq技術(shù)。

Chu說(shuō)：“我們需要綜合許多細(xì)胞之間的平均信號(hào)，以獲得整體情況，我們也需要單細(xì)胞分辨率的技術(shù)，來(lái)比較兩者，找出哪些信號(hào)可能代表真正的生物變量。這些數(shù)據(jù)分析是非常具有挑戰(zhàn)性的，需要新的算法（如Oscope），來(lái)執(zhí)行這些復(fù)雜的任務(wù)。”

（生物通：王英）

注：James Thomson是美國(guó)發(fā)育生物學(xué)家，主要貢獻(xiàn)包括1998年首次分離出人體胚胎干細(xì)胞，2007年成功誘導(dǎo)人體多能干細(xì)胞。美國(guó)威斯康星州麥迪遜市莫格里奇研究院再生生物學(xué)主任，威斯康辛大學(xué)醫(yī)學(xué)與公共衛(wèi)生學(xué)院細(xì)胞與再生生物學(xué)教授，加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校分子細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)系教授。國(guó)際細(xì)胞動(dòng)力學(xué)公司創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家，該公司位于麥迪遜市，生產(chǎn)誘導(dǎo)人體多能干細(xì)胞用于藥物研發(fā)和毒性測(cè)試。湯姆森還是美國(guó)科學(xué)院成員，曾獲得許多榮譽(yù)。《時(shí)代》雜志因他在人體胚胎干細(xì)胞方面的貢獻(xiàn)把他作為2001年美國(guó)醫(yī)學(xué)封面人物，2008年又把他評(píng)為全球最有影響力的百人之一。2011年，與山中伸彌共同獲得費(fèi)薩爾國(guó)王國(guó)際獎(jiǎng)和阿爾巴尼醫(yī)學(xué)中心獎(jiǎng)。

生物通推薦原文：
Oscope identifies oscillatory genes in unsynchronized single-cell RNA-seq experiments, Nature Methods (2015) DOI: 10.1038/nmeth.3549