[发明专利]一种空间转录组构建方法

说明书

本发明提出了一种空间转录组构建方法，首先，采用微区采样技术在样品的局部空间位置进行单细胞采样并进行转录组测序；然后，通过单细胞测序方法获得样品每个细胞的转录组信息；最后，根据临近细胞基因表达相似的特点，基于上述局部细胞空间位置的转录组测序数据，以它为参考系，利用转录组信息和空间位置信息的嵌入优化算法，构建样品中所有细胞的空间位置，从而获得整个组织的空间转录组信息；该方法不仅适用细胞质转录组数据，也适用细胞核转录组数据，能有效降低空间转录组的构建成本，本发明空间转录组构建方法可以广泛应用于空间细胞图谱绘制，从而为肿瘤微环境异质性分析、脑空间神经网络图谱构建等研究提供技术支撑。

技术领域

本发明提出一种利用组织样本细胞转录组信息构建单细胞空间位置和单细胞转录谱的方法，所属领域为单细胞空间组学分析领域，可应用于肿瘤微环境、神经网络识别等研究。

背景技术

组织中单细胞的空间位置信息和转录组信息，对于分析癌症微环境，构建神经网络回路等研究至关重要。但是目前单细胞分析方法在获取细胞转录组信息的同时，会丢失细胞的空间位置信息；而且，要求样本必须是新鲜样本，只能测定细胞质RNA分子。开发一种能既适用于细胞质量，也适用于细胞核转录组单细胞转录组分析方法，且同时获得组织中每个细胞的空间位置信息，将极大扩展我们对细胞相互作用、肿瘤微环境、神经回路分析的深度和广度。

有研究者试图通过在进行单细胞测序前，用寡核苷酸(barcode)标记细胞位置的策略，解决此问题。其关键思想是使用“地标基因”的表达信息，假定地标基因的表达在空间依次递增或者递减。通过其它基因表达水平和地标基因表达水平之间的关联，确定细胞的位置将空间坐标分配给测序细胞。此类方法在很大程度上依赖于用于地标基因的信息，不同组织中，地标基因是不同的，而且实验操作相对复杂。

特定组织中，细胞间作用(通讯网络)与细胞的空间位置密切相关，细胞的位置很大程度决定细胞能获得的营养物质、信号分子以及细胞间的物理接触。因此，一些特定基因的表达水平与细胞的位置有关，一般地，相邻细胞的基因表达水平具有一定的相似性。我们称此为临近相似原理。基于此原理，可以利用基因表达水平计算细胞的空间位置。

发明内容

本发明旨在提供一种可以更精确地确定组织中单细胞空间位置和转录组的方法和技术，可复原同一组织类型的细胞群体、细胞位置、基因表达等信息。

本发明涉及一种微区采样技术和一种基于“临近相似原理”的细胞位置分配算法。该方法不仅适用于细胞质基因表达数据，同时适用于细胞核基因表达数据。

本发明提出了基于微区采样确定少量细胞的空间位置作为参考，基于临近相似原理，从单细胞转录组数据，确定每个细胞空间位置的方法。优势在于，有参考位置，结果唯一确定，实验流程简单；可适用的样本范围广泛。本发明将提升单细胞空间组学的研究方法和技术。

本发明提出一种空间转录组构建方法，步骤如下：采用微区采样技术在样品的局部空间位置进行单细胞采样，并对采样细胞进行转录组测序；然后，通过单细胞测序方法获得整个样品中每个细胞的转录组信息；最后，根据临近细胞基因表达相似的特点，基于上述局部细胞空间位置的转录组测序数据，利用转录组信息和空间位置信息的嵌入优化算法，构建样品中所有细胞的空间位置，从而获得整个组织的空间转录组信息。

一种空间转录组构建方法，具体包括以下步骤：

（1）对样品形貌进行成像，确定组织轮廓；

（2）利用微区采样技术对局部区域单细胞进行采样，获取采样细胞的位置信息，并对采集样品进行转录组测序以获得该位置单细胞的转录组信息，并以它们作为位置信息和转录组参考点；

（3）利用单细胞测序技术对整个样品中每个细胞进行单细胞转录组测序，获取整个单细胞转录组信息；