编者按：了解每个基因在胚胎发育中的作用是发育遗传学的核心目标。随着单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术的发展，建立全面的胚胎细胞图谱变得可行。然而，大多数数据来自野生型胚胎，缺乏对发育过程中潜在变异的研究。美国华盛顿大学在《Nature》上发表了一项研究，首次实现了在斑马鱼胚胎中进行全胚胎范围、单细胞精度的反向遗传实验，并构建了“受干扰胚胎的斑马鱼单细胞图谱”（ZSCAPE）。该研究利用斑马鱼Crispant技术、高通量单细胞核RNA测序及Sci-Plex多重标记等手段，识别出33种主要组织中的99种细胞类型和156种细胞亚型，实现了对大量个体胚胎的单细胞全面分析。这为大规模、高通量的胚胎发育及基因功能研究提供了新视角，也加速了对特定基因突变如何影响胚胎细胞的理解。

01、研究概述
此次研究中，“受干扰胚胎的斑马鱼单细胞图谱”收集了1812个单个发育斑马鱼胚胎的转录组数据，包括19个时间点、23种遗传干扰和320万单细胞数据。研究中的高重复性（每个条件下至少有八个胚胎）使得研究人员能够评估不同条件下细胞类型丰度的变化，并辨别细胞组成相较于野生型胚胎的扰动依赖性偏差。这一方法对于稀有细胞类型尤其敏感，可以解析脑神经节神经元的发育轨迹及其遗传依赖性。此外，对突变体进行的时间序列分析发现一组与脊索鞘细胞转录组相似的独立细胞，为头骨早期起源提供了新假设。这些高分辨率的数据将助力绘制斑马鱼细胞类型的遗传依赖性，并解决个体表型多样性背后的细胞和转录可塑性等发育遗传学长期挑战。

02、主要研究成果
1. ScEdiT单细胞编辑追踪技术的革命性突破。本研究整合了Sci-Plex多重标记技术、CRISPR-Cas9基因编辑技术和单细胞转录组测序（sci-RNA-seq3）技术，创造了ScEdiT单细胞编辑追踪平台，为胚胎发育研究的高通量分析奠定基础。Sci-Plex技术通过对不同样本细胞进行“散列”标记，能实现细胞溯源并同时分析多个个体；而斑马鱼Crispant技术则能够在胚胎早期阶段高效产生突变体，显著缩短了基因编辑周期。使用单细胞转录组测序技术可以分析数百万个细胞的转录组，从而实现动态追踪，极大提高实验效率。
2. 建立ZSCAPE斑马鱼单细胞图谱。本研究构建了ZSCAPE，收集1812个发育斑马鱼胚胎的单细胞转录组数据，覆盖19个时间点、23种遗传干扰和320万个单细胞转录组。在每个时间点，研究人员收集了48至140个胚胎，并通过四次单细胞组合索引RNA测序（sci-RNA-seq3）实验获益于约17000至231000个高质量细胞。研究结果将不同细胞划分为33种主要组织、99种细胞类型和156种细胞亚型，确保数据的一致性。

通过使用斑马鱼Crispant技术和Sci-Plex多重标记，研究者分析了CRISPR-Cas9突变对细胞组成变化的影响。研究显示23个基因扰动引发的102种细胞丰度变化，其中noto基因的敲除导致脊索细胞数量减少而底板细胞数量增加。最后研究人员鉴定出多种显著的差异细胞类型（DACTs），例如指出转录因子Tbx16、Msgn1突变体对早期体节谱系的细胞类型丰度变化的影响，为两种谱系的调控机制提供了新思考。

03、编者点评
本研究构建了“斑马鱼胚胎扰动单细胞图谱”（ZSCAPE），首次实现了基因扰动与全胚胎细胞表型的动态连接，通过标准化的胚胎尺度单细胞分析，将反向遗传学推进到了全胚胎、单细胞及时序的三维时代。这为构建遗传依赖的全景图谱和解析复杂表型的非编码调控机制开辟了新路径，推动精准医疗的胚胎尺度建模。作为健康美丽领域的CRO服务先锋与领导者，尊龙凯时正在构建“斑马鱼、基因编辑、类器官、哺乳动物和人体”等多元生物技术服务体系，致力于提供高效科研服务与智慧实验室建设。目前，尊龙凯时已开发200多种斑马鱼模型，并在胃癌、脑类器官、心脏类器官等领域建立了有效的培养平台，欢迎广大研究人员垂询合作！