突破性新技術一次成像單細胞內10421個基因。這項工作由加州理工學院生物學教授、陳天橋雒芊芊研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute）神經科學附屬學院成員Long Cai主持。6月7日，論文發表于《Cell》雜志。

新技術被稱為內含子序貫熒光原位雜交（sequential fluorescence in situ hybridization，seqFISH），這是一個重大進展，以前，研究人員只能在顯微鏡下觀察四到五個基因，現在，利用seqFISH科研人員能同時識別數百個不同細胞的半個完整基因組。

這項工作建立在Cai教授實驗室之前的研究基礎之上，他們分別在2014年和2017年開發了seqFISH的兩個早期版本。

此次，seqFISH被擴展到了基因組水平，成像范圍也擴大到了單細胞內超過10000個基因，約占哺乳動物基因總數的一半。

為了使遺傳指令變成實用的蛋白質，基因需要經歷“轉錄”過程，該過程經常突然發作。基因先被讀取然后復制為信使RNA前體（pre-mRNA），科學家們把它們比喻為一份快速草稿。待這些分子成熟后它們就會轉變為“編輯草稿”信使RNA（mRNA）。在編輯過程中，pre-mRNA的內含子區域被剪輯切除。

研究小組致力于內含子標記，因為它們是轉錄過程的早期產物，可以指示基因表達的精確時間。

利用新開發的內含子seqFISH技術，每個內含子被都標記上唯一的熒光條碼以便顯微鏡觀察。當一個基因被開啟時，熒光條碼可以指示基因表達的強度和位置。10421個內含子（即10421個基因）可以同時成像。

之前開發的條形碼技術側重點在標記mRNA本身。這種首次利用內含子的監測策略被稱為“新生轉錄組（nascent transcriptomes）”。

研究人員發現，縱觀全局許多基因都存在轉錄組振蕩，振蕩的時間尺度被Cai教授稱為“令人驚訝的短暫”。細胞分裂和復制需要12-24個小時，但轉錄組振蕩周期僅為2個小時。這說明著，細胞內許多基因是以2小時為周期發生突變的！

過去人們從未觀察到這種振蕩的原因有很多，一是不同細胞之間的2小時振蕩周期并非同步，波動被多細胞測量方法平均了；二是seqFISH的高精確度允許研究人員確信他們觀察到的是真實的生物波動，而不是技術噪音；三是哺乳動物的mRNA分子壽命長達3至4個小時，只有直接測量內含子才能發現2小時周期。

此外，因為內含子被留在了基因的物理位置，熒光成像就能可視化基因在染色體內的位置，由此，科研人員驚奇地發現，大多數活躍的蛋白質編碼基因都位于染色體表面，而不是埋藏在染色體內。

“這項技術可用于任何組織，”Cai教授說，他也是人類細胞地圖（Human Cell Atlas）項目的合作者。“除了可視化染色體結構，內含子seqFISH還能幫助我們定義細胞類型、預測細胞接下來將要做什么。”

原文檢索：Dynamics and spatial genomics of the nascent transcriptome in single cells by intron seqFISH

（生物通：伍松）