大脑作为神经系统的中枢，其从发育到复杂功能形成的过程，离不开细胞类型的转变、染色质结构的重组以及细胞内基因表达的动态变化。了解这一动态过程的调控机制，将有助于研究者深入地探索大脑结构以及功能的建立及成熟。近年来，随着单细胞RNA测序、空间转录组学以及单细胞表观遗传组学技术的不断发展，研究者们得以利用这些先进技术描绘细胞多样性、分析染色质可及性，并绘制其空间分布特征，从而为探究大脑发育过程提供了丰富的数据基础。
近日，王晓群课题组，中国科学院生物物理研究所何顺民课题组，北京师范大学吴倩课题组合作，在Nucleic Acids Research杂志上发表了题为“MAPbrain: a multi-omics atlas of the primate brain”的论文。研究团队整合包括单细胞转录组、空间转录组和表观遗传组的多组学数据，构建了一个涵盖人类与非人灵长类大脑的多组学时空数据库——MAPbrain（a Multi-omics Atlas of the Primate brain）。该数据库首次聚焦于灵长类脑发育的多组学数据的收录和整合，揭示了基因表达调控随脑发育成熟的过程中的时空动态变化。
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MAPbrain收集整合了6个物种的三种组学数据，包括人类和五种非人灵长类动物，共计21,740,656个脑细胞，鉴定了161种细胞类型，覆盖灵长类大脑的38个脑区436个亚区，跨越164个发育时间点，并提供了1,078,709个与不同发育阶段相关的特异性表达基因集。此外，该数据库支持单细胞转录组学、空间转录组学以及表观遗传组学数据的可交互式探索，并支持跨物种、跨脑区、跨发育阶段、多组学的关联分析。![]()
MAPbrain数据概览
MAPbrain为研究人员提供了对单细胞转录组学、空间转录组学以及表观遗传组学数据的多层级可视化探索（图1）。当用户在主页快速搜索栏对物种、脑区、细胞类型、基因进行搜索时，首先呈现的是按照物种和脑区分类组织的特异表达基因浏览模块。该模块不仅展示了基因在不同数据集之间的表达差异性，而且用户通过点击UMAP栏的超链接，可直接跳转至单细胞转录组学数据可视化页面，查看特定基因在单细胞转录组学数据中的分布情况。MAPbrain通过三个模块“Analysis-UMAP”、 “Analysis-Spatialmap”、“Analysis-ATACseq”对三种组学数据进行单独展示，研究人员可以分别查看基因表达在不同细胞类型、不同空间位置的分布，以及不同细胞类型的染色质开放区域。
图1. Analysis-UMAP, Analysis-Spatialmap, Analysis-ATACseq三模块的可视化分析结构MAPbrain支持针对不同数据集之间进行三种关联比较分析：“Analysis-Compare”, “Analysis-Inter_Omics”和“Analysis-CellMapping”。在“Analysis-Compare”模块中，用户可以选择两个不同的数据集，以查看它们在细胞类型构成和基因表达等多方面的差异。此外，该模块支持在线计算工具，以实现不同细胞类型之间的差异基因比较，并提供交互式热图展示结果（图2）。图2. Analysis-Compare模块的可视化分析“Analysis-Inter_Omics”模块提供了单细胞转录组学与表观遗传组学数据的联合展示，并实现了基因在两种组学数据中的联动搜索，为研究人员提供了直观便利的可视化比较工具（图3）。图3. Analysis-Inter_Omics 模块的可视化分析“Analysis-CellMapping”模块实现了细胞映射功能，支持用户数据上传，并与MAPbrain数据库进行整合。用户上传数据后，MAPbrain可帮助预测数据的细胞类型等信息，实现细胞注释，并实时将结果反馈给用户（图4）。图4. Analysis-CellMapping模块的可视化分析综上所述，MAPbrain数据库构建了一个多组学人类以及非人灵长类大脑时空细胞图谱，有助于研究人员揭示大脑发育过程中细胞类型、基因表达和染色质可及性的动态变化，并开发了交互式网页以供用户探索。MAPbrain数据库对用户免费开放，且将持续数据更新，有助于推动脑发育相关研究的发展。
http://bigdata.ibp.ac.cn/mapBRAIN/
论文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkae911
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