Science重磅｜DNBSEQ、时空组学及细胞组学技术助力绘制跨物种“小脑地图”

你是否想过，为什么人类可以完成各种复杂精细的动作，从翩翩起舞到挥毫泼墨，而其他动物却难以企及？这其中，小脑扮演着至关重要的角色。它就像一个隐秘而高效的指挥家，掌控着我们身体的运动和平衡。

过去，科学家们认为小脑的结构相对简单，主要负责运动控制。但近年来，越来越多的研究表明，小脑的功能远不止于此，它可能还在学习、感觉、认知功能方面发挥着作用。

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此前对小脑皮层细胞的分子和功能多样性的研究主要基于小鼠小脑。而在本研究中，研究团队利用华大堪称“超广角百亿像素生命照相机”的时空组学技术Stereo-seq，对小鼠、狨猴和猕猴的小脑进行了分析，绘制了这三种常见模式生物的小脑时空图谱，这个图谱就像是一张详细的高清小脑地图，展示了小脑中各种细胞的种类、基因表达情况、空间分布以及它们之间的相互关系。

通过研究图谱中基因表达的模式，我们可以了解不同细胞类型之间是如何相互联系、协同工作，从而实现小脑的各种功能。而且，图谱还能帮助我们发现潜在的疾病机制，因为当疾病发生时，往往会导致基因表达出现异常变化，而这些变化都可能会反映在图谱中，从而被我们发现。

通过深入研究，科学家们在这张“高清地图”上发现了两种新的细胞亚型——在灵长类动物（狨猴和猕猴）的小脑中存在的特殊的浦肯野细胞亚型，却在小鼠的小脑中没有。

这两种亚型的显著区别之一在于GRID2 基因（谷氨酸离子型受体Delta 2亚型亚基基因）的表达水平。一种细胞亚型的GRID2 基因表达很高，而另一种亚型则表达较低。GRID2 基因高表达的浦肯野细胞中，与学习相关的神经信号通路的基因表达都显著更高，也就是说，这种细胞亚型，可能与学习等高级认知功能密切相关。

本研究还深入探讨了不同物种小脑中基因表达与功能的关系。通过对小鼠、狨猴和猕猴的fMRI数据进行分析，研究人员发现了三个物种小脑内功能梯度——简单来说就是小脑内不同空间位置的神经连接差异——在小脑前叶和后叶存在显著不同。

深入研究发现，功能梯度和基因表达梯度在三个物种中都有明显的前后差异（小脑前叶和后叶不同），且猕猴和狨猴之间的空间模式相似性高于它们与小鼠之间的相似性。这说明基因表达与小脑皮质内的功能连接性有着密切的关系。

总的来说，这项研究通过构建不同物种小脑空间转录组图谱并进行深入分析，为我们揭示了小脑结构上一些新的奥秘，特别是浦肯野细胞的亚型差异以及空间转录组与功能连接的紧密关联。这些发现为未来进一步研究小脑的功能和疾病机制提供了宝贵的线索和方向。

*本文转载自华大集团公众号；点击文末“阅读原文”，查看文章链接