在生物学的广袤领域中，RNA 的空间调控宛如一场精妙绝伦的交响乐指挥，在基因表达调控和细胞功能的舞台上发挥着关键作用。理解 RNA 在空间维度的动态变化及翻译过程，恰似解读这一交响乐的神秘乐谱，对深入洞悉生物过程意义非凡。而空间转录组技术恰似一把神奇的钥匙，为我们打开了深入理解空间维度 RNA 表达调控的大门，其实验方法已于前期呈现（点击查看）。本期，让我们继续踏上探索空间转录组分析内容的奇妙之旅。基础分析：对于空间转录组测序所得的海量数据，我们拿到组织图像和表达量矩阵后，开启基础分析的征程，它涵盖数据质控、同质区域划分与注释、细胞和基因特征分析、空间多因子关联分析等关键环节，以此研究者研究者仿佛拥有了一双 “透视眼”，能够获取组织切片的全局空间图谱，进而洞察区域亚群功能的奥秘。个性分析：在空间图谱和组织切片的基础上，研究者可以通过“网络思想”和“空间定位”对空间图谱开展更精细化的细胞分子机制研究。更具体的说， “网络思想” 犹如一张无形的大网，其核心要义在于生命系统恰似一个复杂而精密的网络，基因、细胞、组织之间通过分化与相互作用彼此交织，才能行使正常的生命活动。再加上组织与生俱来的 “空间定位” 属性，如同为研究者提供了一张精确的地图，使其能够在细胞分子学与组织形态学的双重维度上，对生物学问题展开更深入的研究。具体的研究方法有：（1）空间细胞轨迹分析
在拟时间轴上对动态变化的spots排序和轨迹构建。这样可以深入了解spots的动态行为，揭示细胞发育、分化、响应刺激等过程中的时序变化，生成分化发育中的空间细胞演化/过渡分布细胞图谱，构建分化过程中的细胞类型顺序，进而对细胞功能和分化发育调控机制有更全面的认识。空间RNA速率轨迹通过叠加剪接信息来推断细胞分化的方向性，从而推断出潜在时间来重建转录组的RNA速率分化轨迹。这个结果可以与空间拟时分析的结果相互验证，并且还能指定分化起始位点。图2 蝾螈端脑再生区细胞系转变的空间RNA速率流线图基于每个细胞的拟时间值，筛选随拟时间轴变化的差异表达基因，并对差异基因进行聚类分析，寻找具有相似表达趋势的基因。同时还可以发掘时空发育特征基因：空间映射图与趋势散点图结合，揭示亚群的空间发育特征基因。![]()
图3 拟时间轴的差异基因热图及关键基因表达趋势图和组织映射图一个发育谱系沿着一条路径进行，而另一条谱系产生另一条路径，进⼀步对分⽀进行基因表达差异分析，筛选关键基因，并对分支依赖性基因进行层级聚类分析，展示基因随分支表达变化趋势，并且还能从差异基因中挖掘驱动分化发育的关键基因。![]()
空间细胞分辨率的转录组数据、空间组织位置信息的加持，我们可以进行空间细胞互作分析，这样可以更全面、更准确地描绘细胞亚群的分布和相互作用，系统性解码细胞间的通讯网络，发现微环境或生态位的关键互作细胞对，有助于揭示通讯细胞间的调控机制。在获得细胞互作的关键细胞对后，我们可以进一步研究促使关键细胞对互作的关键配受体基因对，从而时间从细胞互作到分子调控机制的研究。通过空间转录组、空间位置、配受体关系、配受体对所属的基因集，计算与每个基因集相关的所有配体-受体相互作用的互作强度来推断基因集水平上的互作强度，查看不同基因集的配受体信号强弱，以此分析生物学功能在细胞通讯作用下的活性变化趋势，筛选出由生物学功能基因集介导的关键细胞对。将细胞通讯的强弱变化与样本表型结合在一起，更有利于解释细胞互作与生物学意义之间的关联，以获得与生物学问题更准确、更相关的细胞调控关系。基因在空间分布上存在差异，研究基因共表达模块可以揭示空间组织的不同功能区域，并且将模块的特征因子映射在组织切片，以观察所处的空间位置。筛选核心模块的方法有：结合组织区域注释/切片表型/功能区域的细胞类型复杂度挑选核心模块。通过空间转录组数据研究决定细胞类型和细胞状态的转录因子调控网络（regulons），并对regulons基因集进行打分处理，然后映射到与空间区域更相关、更精确的空间区域特异性regulons，从而发现关键的TF及其发生转录调控作用的空间区域。网络图是对基因调控网络的可视化，从中可以直观看出基因间的互作关系以及特殊因子TF调控的靶基因。从图中我们可以通过regulon之间共有的靶基因/同时做为多个感兴趣的TFs共有的靶基因来锁定目标。图11 regulons网络图及TF的组织映射分布图调控网络的打分值随拟时间轴的变化趋势可以筛选出与拟时相关的TF及靶基因，揭示拟时间变化的基因调控机制。研究不同分化命运下的regulons活性异质性，挖掘驱动命运差异的关键TFs。以上内容就是空间转录组个性分析内容的全面总述，涵盖3大类12小类的分析方法，后期我们将对每个小类的个性分析内容进行详细介绍，期待你的关注。如果有空间转录组项目需求，可联系基迪奥客服或当地销售，我们为你提供专业的个性化分析服务。![]()
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