本期為各位老師帶來一篇百邁客生物近期在轉錄組學輔助腫瘤治療方案研究方麵的成功案例 ：第四軍醫大學楊安鋼教授團隊在 Cellular & Molecular Immunology 期刊上發表的題為 SMAD7 expression in CAR-T cells improves persistence and safety for solid tumors 的文章 ，期待能為各位老師帶來新的研究思路 。

中文標題 ：CAR-T細胞中SMAD7的表達提高了實體瘤的持久性和安全性

英文標題 ：SMAD7 expression in CAR-T cells improves persistence and safety for solid tumors[2]

期刊名稱 ：Cellular & Molecular Immunology

影響因子 ：24.1

合作單位 ：第四軍醫大學

百邁客生物在該研究中提供了轉錄組測序及部分數據分析服務 。

研究背景

過繼性T細胞免疫治療迄今為止在治療血液病惡性腫瘤方麵取得了良好的療效 。然而 ，其中CAR-T細胞治療在實體瘤患者中產生的臨床反應卻有限 。TGF-β1是最常參與腫瘤發生的轉化生長因子（TGF-β） ，據報道 ，TGF-β信號通路的過度活躍可促進轉移 ，抑製T細胞的增殖和激活 ，並抑製浸潤淋巴細胞的殺瘤能力 ，而SMAD7可以通過與TβRI形成穩定的複合物來減弱TGF-β信號通路 ，從而抑製R-SMADs（受體調節的SMADs）的磷酸化 。重塑免疫微環境並增強免疫治療的抗腫瘤作用 ，其中一種方法就是編輯TGF-β受體 ，使T細胞無法對TGF-β產生反應 。作者假設 ，將SMAD7引入CAR-T細胞可能同時通過分別重塑免疫抑製TME（腫瘤微環境）和減少炎症細胞因子的產生來提高癌症治療的有效性和安全性，因此 ，本文研究團隊設計了靶向人表皮生長因子受體2（HER2）的CARs ，評估了SMAD7對CAR-T細胞治療的抗腫瘤性能的影響 ，並通過研究TGF-β和NF-κB通路之間的潛在的串擾來探討其潛在的機製 。

材料方法

材料 ：傳統靶向間皮素靶點的一組CAR-T細胞（H28z 、1928z、M28z） ，以及利用T2A元件構建各自對應的共表達SMAD7的細胞株係（S7H28z ，S71928z ，S7M28z） ；

方法：轉錄組+qPCR+免疫組化+ELISA+WB（蛋白印跡分析）等

研究結果

利用T2A元件 ，作者設計了針對CD8α柄 、共刺激結構域（CD28）和CD3ζ細胞內結構域 ，共翻譯表達SMAD7片段的CAR-T細胞（S7H28z ，S71928z ，S7M28z） ，長期培養後發現 ，SMAD7顯著改善了CAR-T細胞與表達HER2的HeLa細胞共培養時的細胞毒性 ，同時當與HER2+HeLa細胞共培養時 ，表達SMAD7的CAR-T細胞與不含SMAD7 CAR-T細胞相比增殖更快 。為了更好地理解SMAD7如何影響CAR-T細胞的基因表達譜 ，尊龍凱時將其與HER2+Fluc+ HeLa細胞共培養後進行了轉錄組測序 ，與傳統的CAR-T細胞相比 ，共表達SMAD7的細胞係中標誌T細胞衰竭的PDCD1 、LAG3和TIGIT顯著下調 ，同時標誌T細胞持續激活並分化為記憶表型的CD27、Jun和KLF9上調 ，富集分析結果表明傳統CAR-T細胞與共表達SMAD7的細胞之間的差異基因主要富集在T細胞分化 、近端T細胞受體信號通路和細胞因子產生等通路 ，這些結果表明 ，共表達SMAD7的CAR-T細胞的特點是在抗原暴露後可減輕衰竭和減少細胞因子的產生 。

關於CAR-T細胞中TGF-β信號通路的調控作用 ，作者結合流式細胞檢測結果發現 ，與傳統的CART細胞在暴露於增加濃度的rhTGF-β1時TβRI顯著上調不同 ，共同表達SMAD7的細胞在rhTGF-β1處理後TβRI（TGF-β受體）水平是下降的 ，RNA-seq和qPCR檢測表明 ，在HER2+腫瘤細胞刺激後 ，與對照組CAR-T細胞相比 ，共表達SMAD7的CAR-T細胞中細胞因子的產生顯著減少 ，即SMAD7阻礙了CAR-T細胞中細胞因子的合成 。

此外 ，細胞溶解能力檢測結果表明 ，在7輪CAE（連續抗原暴露）和隨後與HER2+Fluc+ HeLa細胞共培養後 ，表達SMAD7的CAR-T細胞的效應亞群比例顯著升高 ，說明SMAD7參與了CAE期間CAR-T細胞的持續溶細胞活性 ，可能是通過抑製TGF-β信號 ，從而減少T細胞的衰竭和細胞溶解活性 。小鼠體內移植模型結果顯示 ，用表達SMAD7的CAR-T細胞處理的小鼠血清中的細胞因子水平遠低於用常規CAR-T細胞處理的小鼠 。因此 ，SMAD7的表達提高了CAR-T細胞治療的安全性 ，而不影響腫瘤根除的效果 ，同時SMAD7的表達使CAR-T細胞具有持續的抗腫瘤療效 。綜上所述 ，本研究證明了靶向TGF-β信號通路作為一種提高CAR-T細胞治療實體腫瘤的有效性和安全性的新方法的可行性 。

參考文獻 ：

[1] 吳先國,朱永良,黃建.橋接基因型與表型的功能性精準腫瘤學[J/OL].科學通報:1-10[2024-05-24].

[2] Liang S, Zheng R, Zuo B, Li J, Wang Y, Han Y, Dong H, Zhao X, Zhang Y, Wang P, Meng R, Jia L, Yang A, Yan B. SMAD7 expression in CAR-T cells improves persistence and safety for solid tumors. Cell Mol Immunol. 2024Mar;21(3):213-226. doi: 10.1038/s41423-023-01120-y. Ep ub 2024 Jan 4

文章標題 ：Enhancing pollutants removal in hospital wastewater: Comparativeanalysis of PAC coagulation vs. bio-contact oxidation, highlighting theimpact of outdated treatment plants

期刊名稱 ：Journal of Hazardous Materials

影響因子 ：13.6

合作單位 ：中國疾病預防控製中心 、中國農業大學資源與環境學院

測序技術 ：宏基因組測序

百邁客生物為該研究提供了宏基因組測序服務 。

研究背景

醫院廢水富含抗生素殘留和抗生素耐藥細菌 ，被認為是抗生素耐藥基因(ARGs)傳播到環境中的主要來源 。雖然聚合氯化鋁(PAC)混凝去除汙染物的有效性已經在各種廢水場景中得到了證明 ，但它在醫院廢水(HWW)處理中去除常規汙染物和有害遺傳汙染物的具體應用還沒有研究過 。

2024年4月17日 ，中國疾病預防控製中心和中國農業大學資源與環境學院在Journal of Hazardous Materials 期刊發表題為“Enhancing pollutants removal in hospital wastewater: Comparative  analysis of PAC coagulation vs. bio-contact oxidation, highlighting the impact of outdated treatment plants”研究論文 ，該研究對三個醫院汙水處理廠(HWTP) ，包括PAC混凝-次氯酸鈉消毒工藝(PAC-HWTP) ，生物接觸氧化-沉澱-次氯酸鈉工藝(BCO-HWTP) ，以及使用過時設備的PAC混凝係統(ODE-PACHWTP)處理的汙水是否符合國家排放標準進行了評估 。結果表明 ，PAC-HWTP對抗生素抗性基因 、金屬抗性基因 、移動基因具有較高的去除效率 。

材料方法

1.水樣收集

醫院汙水處理廠進水點和出水點8個時間點 ，收集了30份水樣（2L/樣）

分為三種處理方式 ：BCO-HWTP ；ODE-PAC-HWTP ；ODE-PAC-HWTP ；

2.理化指標檢測

測定化學需氧量（COD） 、總有機碳（TOC） 、pH值 、氨氮 (NH3-N)

懸浮物（SS） 、殘留鋁（Al） ；

3.宏基因組測序與qPCR驗證

水樣宏基因組測序 ；

qPCR定量 ：16S rRNA 、大腸杆菌生物標誌物基因 (uida) 、臨床顯著抗生素耐藥性基因 OXA-58 和 MGE tnpA

研究結果

1.理化性質的變化

該研究共同評估了九種常見的理化指標 ，這些指標在三個汙水處理廠的出水點表現出明顯的梯度分布 。在這些指標上 ，ODE-PAC-HWTP 超過了 PAC-HWTP ，PAC-HWTP 超過了 BCO-HWTP 。BCO-HWTP出水中COD 、BOD5 、pH 、NH3-N 、AS 、Color 、VP 、SS等濃度基本符合國家排放標準 。PAC-HWTP 出水的 COD 、BOD5 、pH 、NH3-N 、AS 、顏色 、VP 和 SS 水平通常符合國家預處理標準 ，允許排放到通向市政汙水處理廠的下水道中 。相反 ，ODE-PAC-HWTP出水中COD和BOD5的濃度超過國家預處理標準 。此外 ，還對兩個經 PAC 處理的 HWTP 出水中的殘留鋁濃度進行了測試 。在 ODE-PAC-HWTP 和 PAC-HWTP 的出水中 ，檢測到的殘留 Al 濃度分別為 0.86 ± 0.09 mg/L 和 0.32 ± 0.11 mg/L 。這些值符合 2002 年環境保護法製定的鋁廢水排放標準 ，該標準規定限值為 5.0 mg/L  。

表1-三個 HWTP 廢水的物理化學參數

2.ARGS 、MRGs和MGES的變體

1）ARGs的多樣性和去除效率

研究發現 ，三個 HWTP 的進水和出水中總共存在 26 種 ARG 類型的694種 ARG 亞型。在三個汙水處理廠的出水中，ARGs 的總相對豐度普遍低於進水 。然而 ，統計分析顯示僅 PAC-HWTP 的數據存在顯著差異（圖2A） 。BCO-HWTP 、ODE-PAC-HWTP 和 PAC-HWTP 中 ARGs 相對豐度的平均去除效率分別為 16.09% 、18.68% 和 45.13% 。值得注意的是 ，PAC-HWTP廢水中ARG的總相對豐度低於BCO-HWTP和ODE-PAC-HWTP 。與 BCO-HWTP 和 ODE-PACHWTP 相比 ，PAC-HWTP 中多種 ARG 類型的相對豐度在出水中低於進水中（圖2A） 。這些結果表明 ，與 BCO-HWTP 和 ODE-PAC-HWTP 相比 ，PAC-HWTP 在去除 ARG 方麵更有效 。

在三個 HWTP 的汙水中 ，觀察到 33 種 ARG 的相對豐度顯著下降（圖2B） 。春雷黴素抗性蛋白 ksgA 、OXA-309 、cpxA 、adeF 和 abeM 僅在 BCO-HWTP 中表現出顯著降低 。MexB 僅在 ODE-PAC-HWTP 中表現出顯著下降 。與 BCO-HWTP 和 ODE-PAC-HWTP 相比 ，PAC-HWTP 中 ARG 的減少量更大 。此外 ，值得注意的是 ，在所有三個汙水處理廠的廢水中 ，隻有多重耐藥基因 emrB 的相對豐度顯著下降 。

為了提供更詳細的評估 ，進行了 qPCR 分析來測量臨床關鍵抗生素抗性基因 OXA 豐度的絕對減少量 。在 BCO-HWTP 、ODE- 上 ，減少量被量化為 0.17 log 、0.59 log 和 1.68 log 。分別為 PAC-HWTP 和 PAC-HWTP 。該結果表明不同 HWTP 中 blaOXA-58的減少 ，其中在 PAC-HWTP 中觀察到的絕對減少量最大 。

圖2-(A) 複合熱圖的上半部分為桑基圖 ，展示了三個 HWTP 進水和出水處 ARG 總相對豐度 、MRG 總相對豐度和 MGE 總相對豐度的變化和統計差異 。下半部分展示了了三個 HWTP 進水點和出水點特定 ARG 類型 、MRG 類型和 MGE 類型的相對豐度 。(B) 使用 Wilcoxon 秩和檢驗確定每個 HWTP 進水和出水中表現出統計變化的 ARG 亞型 、MRG 亞型和 MGE 亞型 。

2）MRGs的多樣性和去除效率

在三個 HWTP 的進水和出水中鑒定出了來自 17 個 MRG 類型的 194 個 MRG 亞型 。在三個 HWTP 的汙水中 ，總 MRG 相對豐度始終低於進水 ；然而 ，統計分析表明僅 BCO-HWTP 和 PAC-HWTP 的數據存在顯著差異（圖2A） 。BCO-HWTP 、ODE-PAC-HWTP和PACHWTP中MRG相對豐度的平均去除效率分別為42.08% 、19.92%和57.54% 。BCO-HWTP和PAC-HWTP出水中MRG的總相對豐度低於ODE-PAC-HWTP 。主要的 MRG 類型包括多金屬 、汞 (Hg) 、銅 (Cu) 、砷 (As) 、鋅 (Zn) 、銀 (Ag) 和鎳 (Ni) 。與 BCO-HWTP 和 ODE-PAC-HWTP 相比 ，PAC-HWTP 中多種 MRG 類型的相對豐度在出水中低於進水中（圖2A） 。在三個 HWTP 的廢水中 ，觀察到 19 種 MRG 的相對豐度顯著降低 。具體來說 ，BCO-HWTP 中 2 個 MRG 的減少 ，ODE-PAC-HWTP中 1個 MRG 的減少 ，PAC-HWTP 中 18 個 MRG 的顯著減少（圖2B） 。這些結果表明 ，與ODEPAC-HWTP 相比 ，BCO-HWTP 和 PAC-HWTP 能更有效地去除 MRG 。

3）MGE的多樣性和去除效率

在三個 HWTP 的進水和出水中總共確定了 164 個 MGE 亞型 ，屬於 30 種不同的 MGE 類型 。值得注意的是 ，在所有三個 HWTP 的汙水中 ，MGE 的相對豐度始終低於進水 。然而 ，統計分析顯示僅 PAC-HWTP 的數據存在顯著差異（圖2A） 。BCO-HWTP 、ODE-PAC-HWTP 和 PAC-HWTP 中 MGE 相對豐度的平均去除效率分別為 29.88% 、44.40% 和 80.61% 。為了進一步證實這些發現 ，通過 qPCR 實驗進行研究 ，重點關注 tnpA 基因的絕對豐度 。qPCR 結果證實了 PAC-HWTP 在去除 MGE 方麵的優越性能 ，與 BCO-HWTP 的 0.35 log 和 ODE-PAC-HWTP 的 0.51 log 相比 ，PAC-HWTP 減少了 0.90 log。

4）MRGs基因共定位的ARGs變異

研究了HWW中ARGs和MRGs的豐度之間的關聯 ，以確定ARGs共同選擇的相對影響 。Mantel測試和Procrstes分析表明 ，ARG和MRG之間的成分相似性在統計上具有顯著的一致性(圖3a) 。在PAC-HWTP和BCO-HWTP出水中 ，與MRGs基因共處的ARGs的相對豐度低於進水中的ArGs 。然而 ，統計分析表明 ，隻有來自PAC-HWTP的數據存在顯著差異 。相反 ，在ODE-PAC-HWTP的出水中 ，與MRGs基因共存的ArGs的相對豐度呈現出增加的趨勢(圖3B) 。共有9種類型的ARG與65個MRG亞型遺傳共存 。共確定了92個不同的ARG-MRG(一對一)遺傳共定位關係(圖3C) 。在這些關係中 ，48個同時在進水和出水中檢測到 ，30個專門在進水中發現 ，14個專門在出水中發現 。與MRG共存的最常見的ARG型是多藥耐藥 。HWTP出水中氨基糖苷類 、β-內酰胺類 、卡蘇黴素 、MLS 、多藥 、多粘菌素和四環素基因的相對豐度始終低於進水 。然而 ，其他多肽抗生素基因的相對豐度在HWTP的進水和出水中仍然是相當的 。隻有杆菌素抗性基因在HWTP出水中的相對豐度高於進水 。此外 ，汞(Hg)抗性基因與四環素抗性基因表現出排他性的遺傳共定位 ，反過來 ，四環素抗性基因也與汞(Hg)抗性基因表現出排他性的遺傳共定位 。

圖3-(A)Procrstes分析和Mantel檢驗 。(B)三個熱泵的進水和出水中與MRG共存的ARG的相對豐度的差異 。(C)顯示MRG和ARG類型同時出現的網絡圖 。

3.病原體多樣性評估了三種不同的HWTP對病原體的去除效率 。

利用宏基因組分析 ，尊龍凱時觀察到病原菌的相對豐度降低 ，BCO-HWTP的平均效率為54.58% ，ODE-PACHWTP的平均效率為15.61% ，PAC-HWTP的平均效率為72.17% 。在三個汙水處理廠中 ，出水的病原菌相對豐度均低於進水 。統計分析表明，隻有來自BCOHWTP和PAC-HWTP的數據有顯著差異(圖4A) 。PAC-HWTP出水中病原體總相對豐度低於BCO-HWTP和ODE-PAC-HWTP 。這表明BCO-HWTP和PAC-HWTP比ODE-PAC-HWTP具有更好的去除效果 。為了進一步證實這些發現 ，采用定量去qPCR應來評估16個S rRNA基因的絕對豐度的去除情況 。觀察到的平均對數減少在BCO-HWTP為0.07 ，在ODEPAC-HWTP為0.39 ，在PAC-HWTP為0.87 。此外 ，大腸杆菌生物標記物基因(UidA)的去除效率與這些趨勢一致 ，分別減少了0.15log 、0.42log和0.91log 。

在三個熱泵的進水和流出水中總共鑒定出30種病原體(圖4B) 。在病原菌總體相對豐度呈下降趨勢的同時 ，病原微生物個體的相對豐度變化存在差異 。在三個熱泵的流出點 ，某些微生物的相對豐度呈現出不同的趨勢 。BCO-HWTP出水中肺炎克雷伯菌的相對豐度低於進水 ，而ODE-PAC-HWTP和PACHWTP出水中肺炎克雷伯菌的相對豐度變化相對較小 。

圖4-(A)三個汙水處理廠進水和出水中病原體相對豐度的差異 。(B)氣泡圖顯示了進水口和出水口的30種病原體的相對豐富程度 。(C)利用相對豐度矩陣評估屬一級的微生物群落與亞型一級的ARG之間的相關性的Procrstes分析和Mantel檢驗 。(D)=病原體 、ARG和三個熱泵的進水點和流出點之間對應關係的網絡圖 。

4.ARGs的病原宿主

進一步研究了ARGs的流行與HWW內屬水平上的微生物群落之間的聯係 。Mantel test和Procrstes分析表明 ，ARGs和微生物群落之間的組成相似性在統計上具有顯著的一致性(p<0.05 ，參見圖4C) 。圖5D中的網絡圖描述了病原體 、流入水 、來自三個HWTP的流出物和ARG之間的對應關係 。在3個汙水處理廠的出水點和進水點 ，共鑒定出7種攜帶ARG的致病菌 。多藥耐藥基因是這些病原體最常攜帶的基因 。這些HWTP的進水含有7種不同類型的病原體 ，並含有14個ARG 。相比之下 ，出水隻顯示了三種病原體和六種ARG 。值得注意的是 ，肺炎克雷伯菌存在於所有采樣地點 ，顯示出最高多樣性的抗藥性基因 。

研究總結

該研究通過整合宏基因組測序 、qPCR驗證 、水理化指標檢測 ，評估了PAC混凝-次氯酸鈉消毒工藝對常規汙染物和遺傳汙染物的去除效果 。結表表明處理效果好於生物接觸氧化-次氯酸鈉消毒工藝 ，但在設備老化的情況下 ，PAC混凝-次氯酸鈉處理後的BOD5和COD的去除效率超過了汙水處理廠出水的國家標準 ，遺傳汙染物的去除效率也有所下降 ，凸顯了老化設備升級的迫切性 。

參考文獻 ：

Kang Y, Wang J, Li Z. Enhancing pollutants removal in hospital wastewater: Comparative analysis of PAC coagulation vs. bio-contact oxidation, highlighting the impact of outdated treatment plants. J Hazard Mater. Published online April 17, 2024. doi:10.1016/j.jhazmat.2024.134340

文章標題 ：Chromosome-scale genome assembly clarifies the mechanism of flooding tolerance and evolutionary history of Myricaria laxiflora

期刊名稱 ：Industrial Crops & Products

合作單位 ：西南大學 、重慶市林業科學研究院 、重慶城市管理職業學院

研究物種 ：疏花水柏枝

研究方法 ：基因組學

百邁客生物為該研究提供了基因組測序和部分分析工作 。

疏花水柏枝（Myricaria laxiflora） ，檉柳科 ，是長江流域天然存在的寶貴植物資源 ，對淹沒的棲息地具有較好的適應性 ，每年可以忍受大約五個月的淹沒 。洪水對植物的生長 、發育和產量產生負麵影響 ，嚴重時可能導致死亡 。全球氣候變化使洪水更加常見和嚴重 。研究疏花水柏枝對極端洪澇環境的適應機製 ，尋找關鍵功能基因 ，為種質改良提供理論和遺傳依據 。

本研究借助三代PacBio HiFi和Hi-C等技術 ，構建了高質量染色體水平的疏花水柏枝基因組 ，最終組裝大小為1.34Gb ，contig N50=11.69Mb 。二代 、三代回比比對率分別為94.14%和99.75%，CEGMA和BUSCO評估分別為93.67%和96.47% ，表明組裝的基因組完整性比較高 。結合轉錄組預測 、同源預測和從頭預測的方式共得到23,719個蛋白質編碼基因 。

圖1-疏花水柏枝表型和基因組特征

比較基因組研究發現疏花水柏枝與苦蕎（F. tataricum）的親緣關係最為密切 ，大約在65-81百萬年前（Mya）發生分化 ；在19.74 ~ 24.60 Mya之間發生了一次全基因組複製（WGD） ， 4dTV分析證實了這一點 。在0.15 Mya左右存在一個長末端重複（LTR）插入 。這些基因組變化可能與疏花水柏枝在進化過程中所經曆的環境劇變（如青藏高原隆升）有關 。基因家族分析顯示疏花水柏枝的特有基因家族與能量代謝和信號轉導密切相關 ；85個基因在疏花水柏枝基因組中經曆了正選擇 ，這些基因在與氨基酸合成和代謝相關的KEGG通路中顯著富集 。

圖2-疏花水柏枝係統進化研究

作者通過比較水淹和對照條件下疏花水柏枝形態 、生理和轉錄組學的變化 ，分析了植物對水淹的適應機製 。總體而言 ，在完全淹沒的狀態下 ，疏花水柏枝采用“靜止”的策略 。具體來說 ，在淹水條件下 ，光合作用減弱 ，生長停滯 ，糖酵解被激活 ，抗氧化酶係統增強 。乙烯反應途徑可能是這一過程的調控因子 ，MlERF-VII基因(Mla11G026380)可能是調控這一過程的關鍵基因 。

圖3-疏花水柏枝水淹脅迫響應信號通路

小 結

本研究成功構建了一個染色體水平的疏花水柏枝基因組 ，並對其特征進行了分析 。進一步結合形態學 、生理學和比較轉錄組學分析評估了該物種適應極端洪水環境(完全淹沒)的遺傳機製 。本研究對疏花水柏枝種質資源的保護和資源的開發利用具有重要意義 。

文章標題 ：Integrative molecular and spatial analysis reveals evolutionary dynamics and tumor-immune interplay of in situ and invasive acral melanoma

期刊名稱 ：Cancer Cell

影響因子 ：50.3

合作單位 ：北京大學第一醫院 、北京大學-雲南白藥國際醫學研究中心

研究方法 ：全外顯子組 、基於顯微切割的多區域全外顯子測序 、bulk轉錄組 、單細胞轉錄組 、空間轉錄組和CODEX空間蛋白組學

百邁客生物為該研究提供了BMKMANU S1000空間轉錄組細胞分割技術服務 。

研究背景

肢端型黑色素瘤（acral melanoma, AM）是一種起源於手掌 、足底和甲下等部位的惡性皮膚腫瘤 ，也是亞洲人群中最主要的黑色素瘤亞型 ，常發生轉移且預後不佳 。原位AM（AM in situ, AMis）經手術切除後極少複發 ，但侵襲性AM（invasive AM, iAM）的預後不佳 ，且PD-1單抗治療響應率僅約20%-30% ，缺乏有效的治療策略 。因此 ，AMis突破基底膜進入真皮發展為iAM是造成患者預後變差的重要裏程碑事件 。然而 ，目前關於AMis的研究仍然十分有限，AMis向iAM的演化過程尚不清楚 ，免疫微環境在這一過程中發揮的作用也不明確 。AM的早期發現和預防可以顯著提高病人預後和治療 。

材料方法

研究材料 ：

287例肢端型黑色素瘤（AM）患者 ，146例原位AM（AMis）和141例侵襲性AM（iAM） ，其中測序隊列（147例 ，其中56例AMis和91例iAM）和驗證隊列（140例 ，驗證所鑒定出的標誌物和臨床相關性） 。

驗證實驗 ：流式分選巨噬細胞（AM患者腫瘤組織和配對外周血 ，n=4） ；健康供體外周血單核細胞和 LM-MEL-45腫瘤細胞係C.M.共培養（0 、3 、5 、7 、10、14天 ，n=3） ；流式分選C3患者和非C3患者EMT腫瘤細胞（n=4） ；APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞和腫瘤細胞共培養體係（n=3） ；LM-MEL-45腫瘤細胞係 ：野生型和IGF1R KO ，IGF1抑製劑處理（xentuzumab） ，IGF1R抑製劑處理（linsitinib）

研究方法 ：

全外顯子組測序（n=92） 、基於顯微切割的多區域全外顯子測序（n=33） 、bulk轉錄組（n=81） 、單細胞轉錄組（scRNA-seq ，n=24） 、空間轉錄組（BMKMANU S1000 ，n=10）空間蛋白組學（CODEX ，n=12） 。

研究結果

1.研究隊列信息和基因組圖譜

為了探究肢端型黑色素瘤的演化規律及免疫微環境在其中的作用 ，研究人員建立了一個287例患者的隊列 ，包含146例AMis和141例iAM ，為研究AMis到iAM的演化過程提供了豐富的資源 。研究人員將所有患者分為測序隊列（147例）和驗證隊列（140例） ，測序隊列包括56個AMis患者和91個iAM患者 。

對測序隊列進行了多組學測序 ，包括全外顯子組 、基於顯微切割的多區域全外顯子測序 、bulk轉錄組 、單細胞轉錄組 、空間轉錄組和CODEX空間蛋白組學 ，而驗證隊列用於驗證所鑒定出的標誌物的臨床相關性 。

全外顯子組測序平均覆蓋度為313X ，基因組圖譜顯示本研究隊列的腫瘤突變負荷（TMB）與以前的AM研究相比較 ，高於UM組 ，低於CM組 。本研究數據驗證了之前報道22q11.21擴增與AM預後相關，說明了本研究隊列的高質量 ，能夠對AM侵襲進行深入分析 。

圖1-研究策略和隊列信息

2.AMis和iAM的基因組比較確定了侵襲驅動因素

為了確定AM垂直侵襲的驅動機製 ，研究人員首先描繪了AMis和iAM的基因組圖譜 ，並係統比較了兩者的點突變 、拷貝數變異 、突變負荷 、突變印記 、亞克隆突變及基因組不穩定性 。分析結果表明iAM的亞克隆突變比例和基因組不穩定性顯著升高 。這種高度的基因組不穩定性可能會加速腫瘤的發生並有助於獲得侵襲驅動突變 。

值得注意的是 ，研究人員發現驅動突變（NRAS, KRAS, NF1, KIT）在iAM中顯著富集 ，並在體外實驗中驗證了這些驅動突變可以增強肢端型黑色素瘤的侵襲能力 。這些結果表明AM侵襲高度依賴於獲得某些驅動突變 ，而不是簡單地積累更多的突變 。

AMis和iAM的轉錄組學比較顯示在iAM中富集細胞外基質(ECM)組織 、EMT 、KRAS 、巨噬細胞遷移和幹擾素γ (IFNγ) 通路 ，暗示AM侵襲期間TME失調 。總的來說 ，驅動突變 、基因組不穩定性和TME改變共同作用有助於AM侵襲 。另外 ，研究人員還發現附屬器受累也與AMis的驅動突變及侵襲能力密切相關 。

圖2-AMis和iAM的基因組比較

3.早期AM的演化克隆過程

本文利用LCM技術探討患者內部垂直侵襲和區域擴張的進化動態 。首先比較了AMis 、Syn_AMis和Syn_iAM三種不同類型病變的基因組圖譜 ，在5例表現出侵襲驅動基因的患者中發現配對的Syn-AMis和Syn-iAM共有突變 ，但是在純AMis中沒有檢測到 。這個結果表明在垂直侵襲之前就已經獲得了侵襲驅動突變 ，進一步證實了它們在AM侵襲中的驅動作用 ，這些結果也證實之前提到的基因組不穩定性有助於AM侵襲 。進一步探索垂直侵襲起源 ，研究結果表明 ，在垂直侵襲階段 ，AMis在演化早期獲得驅動突變並迅速穿過基底膜 ，以單克隆播散到真皮中 。

為了探究區域擴張的演化模式 ，通過腫瘤細胞分數 (CCF)推測其克隆組成分析發現不同患者中存在兩種不同的擴張模式 ：（1）CE ，克隆擴張 ，即腫瘤細胞保持單一克隆結構進行均質擴張 ；（2）SD ，亞克隆分化 ，即腫瘤細胞在增殖過程中獲得亞克隆，導致腫瘤異質性升高 。

圖3-AM侵襲的進化動力學

4.多組學分析確定AM三種分子亞型

為了進一步了解AM分子亞型 ，本文利用bulk RNA-seq對81名患者進行檢測，確定C1 、C2 、C3三種分子亞型 。C1亞型作為“角蛋白”亞型 ，C2亞型提示“染色質重塑”表型 ，C3亞型表現出“增殖”表型。C3亞型亞克隆突變比例最高 ，且預後最差 。其中C1和C2是均勻混合AMis和iAM ，C3亞型高度富集iAM ，表明iAM是一個獨特的子集 。與非C3 iAM（C1和C2 iAM）相比較 ，C3 iAM表現為PFS縮短和明顯的惡性現象類型 ，尤其值得注意的是C3 iAM表現出顯著性更多的亞克隆突變 。同時發現C3亞型表現出較高水平的免疫浸潤 、腫瘤相關巨噬細胞(TAM)和EMT，而通過這三種AM分子亞型來看腫瘤負荷與TAM評分是相互獨立的 。相比之下 ，TAM評分與基因組不穩定性相關 ，包括wGII和CNH-DNA評分以及亞克隆突變 。此外, TAM評分與EMT評分相關和預後差 。這些結果共同表明TAM的浸潤可能會促進C3的腫瘤EMT和基因組不穩定性並導致預後不良 。

圖4-AM的分子亞型和TME

5.scRNA-seq鑒定APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞亞群

為了在單細胞水平研究腫瘤和TME細胞異質性 ，利用單細胞轉錄組技術對8個AMis 和16個iAM進行檢測 ，一共獲得223023個細胞 ，聚類分為13個細胞群 。並針對巨噬細胞進行亞群分析 ，鑒定5種亞群 ，包括Mph_APOE_CD163 ，Mph_APOE, Mph_CD163 ， Mph_ISG15 ，和Mph_TIMP1 。分析顯示Mph_APOE_CD163 、Mph_CD163和Mph_APOE 均為免疫抑製TAM ，因此統稱為 APOE⁺/CD163⁺ TAM 。研究發現這類巨噬細胞在C3亞型中顯著富集 ，且浸潤程度與腫瘤EMT分數正相關 。配體-受體分析表明 ，巨噬細胞表現出最豐富的細胞間相互作用 。

圖5-單細胞分辨率AM腫瘤微環境動態

6.空間轉錄組學分析證實了APOE⁺/CD163⁺ TAM與EMT腫瘤細胞之間的直接接觸和密切相互作用

為了探索APOE⁺/CD163⁺ TAM與EMT高水平的腫瘤細胞相關作用 ，通過空間轉錄組測序技術（ST ，BMKMANU S1000）檢測10個AM樣品。結果可清晰觀察到腫瘤組織多層結構，包括表皮層 ：基層 、棘層和顆粒層 、以及分泌汗腺的皮下結構和血管 。在C3 iAM患者中 ，腫瘤區域富集大量的EMT高水平的腫瘤細胞 ，同時也高度浸潤了APOE⁺/CD163⁺ TAM ，而在非C3患者中無法發現這種共存 。正如預期的那樣 ，C3患者表現出EMT腫瘤細胞比例明顯較高，並且APOE⁺/CD163⁺ TAM水平增高 。C3患者中，在空間位置上APOE⁺/CD163⁺ TAM更接近EMT腫瘤細胞 。CellChat分析顯示APOE⁺/CD163⁺ TAM作為信號發送者(配體)和接收著（受體）均表現出高活性 ，證實了其具有細胞與細胞強互作 。與其他免疫細胞相比 ，APOE⁺/CD163⁺ TAM表現出最高水平的胰島素生長因子(IGF)信號網絡的發送細胞和接收細胞 ，這些結果揭示APOE⁺/CD163⁺ TAM和EMT腫瘤細胞在空間上的直接接觸和密切相互作用 。

圖6-APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞與EMT腫瘤細胞的空間互作關係

文中如何在空間上實現單細胞分辨率EMT腫瘤細胞和非EMT腫瘤細胞的詳細注釋呢 ？

研究者利用高分辨空間轉錄組技術結合細胞分割方法定位到腫瘤EMT狀態的細胞被定義為EMT腫瘤細胞 ，而非EMT腫瘤細胞被映射到其他腫瘤狀態 。

圖7-空間轉錄組細胞分割和空間蛋白組鑒定APOE⁺/CD163⁺ TAM與EMT腫瘤細胞共定位 A 細胞分割 ：紅色 ：APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞  ；藍色 ：EMT腫瘤細胞 ；灰色 ：其他腫瘤細胞 B 細胞分割 ：紅色 ：APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞 ；橙色 ：EMT腫瘤細胞 ；藍色 ：其他腫瘤細胞 ；灰色 ：其他細胞 。

7.多重空間蛋白質組學驗證了APOE⁺/CD163⁺ TAM與EMT腫瘤細胞之間的相互作用

進一步驗證APOE⁺/CD163⁺ TAM和EMT腫瘤細胞在蛋白水平上的空間分布和相互作用 ，文中對12個AM樣本進行了空間蛋白組檢測（22 plex CODEX） 。其中C3患者以EMT腫瘤區域為主 ，非C3患者以非EMT腫瘤區域為主 ，結果表明APOE⁺/CD163⁺ TAM與EMT腫瘤細胞呈正相關 。在C3患者中 ，IGF1和IGF1R的表達水平均顯著升高 。APOE⁺/CD163⁺ TAM高度富集在EMT^high區域 。同時IGF1和IGF1R在EMT^high區域也顯著升高 。這些結果在單細胞水平和空間水平均支持APOE⁺/CD163⁺ TAM可能通過IGF1-IGF1R相互作用促進腫瘤細胞的EMT 。

圖8-空間蛋白組證實圖APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞與EMT腫瘤細胞的空間互作

8.實驗驗證APOE⁺/CD163⁺ TAM通過IGF1-IGF1R相互作用促進腫瘤細胞的EMT

流式分選患者腫瘤組織和配對外周血APOE⁺/CD163⁺ TAM ，蛋白水平可以檢測到APOE⁺/CD163⁺ TAM的表達 ，同時AM細胞可以誘導APOE⁺/CD163⁺ TAM表型 。離體分析證實C3患者的EMT腫瘤細胞的比例明顯高於非C3患者 ，ELISA分析顯示 ，與APOE⁺/CD163⁺ TAM共培養後 ，IGF1蛋白的分泌持續升高 ，而IGF1抑製劑 、IGF1R抑製劑及敲除腫瘤的IGF1R均可以抑製這一過程 ，這些結果表明APOE⁺/CD163⁺ TAM可以通過IGF1-IGF1R相互作用促進腫瘤細胞的EMT 。研究人員還在兩個獨立隊列中驗證了APOE和CD163染色可用於預測AM的預後 。

圖9-實驗驗證APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞與腫瘤細胞的互作關係及預後潛能

研究總結

綜上所述 ，本研究基於多組學測序 ，係統揭示了早期肢端型黑色素瘤的克隆演化規律 ，建立了肢端型黑色素瘤的分子分型 ，解析了腫瘤細胞-免疫細胞的空間互作關係 ，鑒定出新的早期診斷標誌物（驅動突變和附屬器受累）及晚期預後標誌物（APOE和CD163） ，為肢端型黑色素瘤的早期診斷和精準診療提供了重要信息 。

北京大學第一醫院的張寧教授 、李航教授和北京大學-雲南白藥國際醫學研究中心的薛瑞棟研究員（北京大學第一醫院兼職教授）為共同通訊作者 。北京大學-雲南白藥國際醫學研究中心劉恒康博士後 、北京大學第一醫院皮膚性病科高嘉雯博士和北京大學第一醫院腫瘤轉化研究中心馮梅博士後為共同第一作者 。

參考文獻 ：

Liu et al., Integrative molecular and spatial analysis reveals evolutionary dynamics and tumor-immune interplay of in situ and invasive acral melanoma, Cancer Cell (2024), https://doi.org/10.1016/j.ccell.2024.04.012

百創S3000 3.5μm 極致提升空間檢測深度和精度

基於空間組學快速發展 ，百邁客自主創新單細胞分辨率空間轉錄組技術（S1000、S2000 、S3000） ，開創原片無錯高清H&E+原片無錯熒光+原片測序 ，“三片合一”實現精準的細胞分割 ，將空間轉錄組推進到真實單細胞分辨率的領域 。

經過不斷打磨 ，百創智造於2024年3月27日在山東青島正式發布了百創S3000空間轉錄組芯片 ，性能全麵升級 ，極致提升空間組學檢測的深度和精度 。

百創S3000在6.8mm*6.8mm 的捕獲區域內鋪設了4,144,770個捕獲位點 ，相鄰兩個捕獲位點的中心距為3.5μm。

相較於現在廣受市場認可與好評的百創S1000轉錄組芯片 ，捕獲位點數提升近2倍 ，分辨率同樣提升近2倍 。

在相同的測序飽和度下 ，單細胞級別分辨率下中位UMI提升了30%~70% ，中位基因數提升30%-60% 。

文章標題：Integrative molecular and spatial analysis reveals evolutionary dynamics and tumor-immune interplay of in situ and invasive acral melanoma

期刊名稱 ：Cancer Cell

影響因子 ：50.3

合作單位 ：北京大學第一醫院 、北京大學-雲南白藥國際醫學中心

研究方法：全外顯子組、基於顯微切割的多區域全外顯子測序 、bulk轉錄組 、單細胞轉錄組 、空間轉錄組和CODEX空間蛋白組學

百邁客生物為該研究提供了BMKMANU S1000空間轉錄組細胞分割技術 。

2024年5月16日 ，北京大學第一醫院的張寧 、李航及北京大學-雲南白藥國際醫學中心薛瑞棟團隊合作在《Cancer Cell》在線發表題為《Integrative molecular and spatial analysis reveals evolutionary dynamics and tumor-immune interplay of in situ and invasive acral melanoma》的研究論文 ，對肢端型黑色素瘤進行了多組學分析，解析了從AMis進展到iAM的克隆演化規律 ，建立了AM的分子分型 ，揭示了APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞的空間富集狀態 ，進一步通過實驗證實該巨噬細胞亞群可通過IGF1-IGF1R互作促進腫瘤發生上皮-間質轉化，最終鑒定出附屬器受累和驅動突變可預測AMis的侵襲潛能 ，而APOE和CD163則可用於預測iAM的預後 ，為肢端型黑色素瘤的早期診斷和臨床診療提供了重要依據 。

為了探究肢端型黑色素瘤的演化規律及免疫微環境在其中的作用 ，研究人員建立了一個287例患者的隊列 ，包含146例AMis和141例iAM ，為研究AMis到iAM的演化過程提供了豐富的資源 。研究人員將所有患者分為測序隊列（147例）和驗證隊列（140例） ，對測序隊列進行了多組學測序 ，包括全外顯子組 、基於顯微切割的多區域全外顯子測序 、bulk轉錄組 、單細胞轉錄組 、空間轉錄組和CODEX空間蛋白組學 ，而驗證隊列則用於驗證所鑒定出的標誌物的臨床相關性 。

研究人員首先描繪了AMis和iAM的基因組圖譜 ，並係統比較了兩者的點突變 、拷貝數變異 、突變負荷 、突變印記 、亞克隆突變及基因組不穩定性 。分析結果表明iAM的亞克隆突變比例和基因組不穩定性顯著升高 。值得注意的是 ，研究人員發現驅動突變（NRAS, KRAS, NF1, KIT）在iAM中顯著富集 ，並在體外實驗中驗證了這些驅動突變可以增強肢端型黑色素瘤的侵襲能力 。另外 ，研究人員還發現附屬器受累也與AMis的驅動突變及侵襲能力密切相關 。

早期AM的演化過程可分為兩個階段 ：（1）垂直侵襲，即AMis穿破基底膜進入真皮成為iAM ；（2）局部擴張 ，即iAM在真皮中的局部增殖 。為了進一步探索患者內部的這一腫瘤演化過程 ，研究人員通過顯微切割捕獲了同一患者的多個區域並構建了腫瘤克隆演化樹 。研究結果表明 ，在垂直侵襲階段 ，AMis在演化早期獲得驅動突變並迅速穿過基底膜 ，以單克隆播散到真皮中 。在局部擴張階段 ，不同患者中存在兩種不同的擴張模式 ：（1）克隆擴張 ，即腫瘤細胞保持單一克隆結構進行均質擴張 ；（2）亞克隆分化 ，即腫瘤細胞在增殖過程中獲得亞克隆 ，導致腫瘤異質性升高 。

研究人員進一步使用轉錄組測序 、單細胞轉錄組測序和空間蛋白組學技術探索了免疫微環境在上述過程中的作用 。研究人員將所有樣本分為三個亞型並鑒定出一個預後最差的iAM亞型（C3） 。值得注意的是 ，這一分子分型是與腫瘤分期（T分期 、AJCC分期）相互獨立的預後因素 ，說明該分子分型反映了腫瘤的內在惡性特征 ，進一步為AM的早期診斷和精準診療提供了依據 。與非C3腫瘤相比，C3腫瘤主要經亞克隆分化而來 ，高表達EMT特征 ，且其免疫微環境中顯著富集APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞 。空間轉錄組和空間蛋白組學進一步驗證了C3患者中EMT腫瘤細胞與APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞呈現明顯的共定位和共富集 。

為探究EMT腫瘤細胞與APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞之間的互作機製 ，研究人員首先利用多組學測序數據分析了兩者之間的相互作用關係 ，並進一步在ex vivo和in vitro水平進行了實驗驗證 。一方麵 ，AM腫瘤細胞可以將單核細胞誘導為APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞 ，這一表型由轉錄組測序 、流式分析和多色免疫熒光共同確認 。另一方麵 ，APOE⁺/CD163⁺巨噬細胞可以通過分泌IGF1作用於腫瘤細胞表麵的IGF1R ，誘導腫瘤細胞發生EMT ，而IGF1抑製劑 、IGF1R抑製劑及敲除腫瘤的IGF1R均可以抑製這一過程 。這些結果為開發新的AM治療策略提供了思路 。最後 ，研究人員在兩個獨立隊列中驗證了APOE和CD163染色可用於預測AM的預後 。

綜上，本研究基於多組學測序 ，係統揭示了早期肢端型黑色素瘤的克隆演化規律 ，建立了肢端型黑色素瘤的分子分型 ，解析了腫瘤細胞-免疫細胞的空間互作關係 ，鑒定出新的早期診斷標誌物（驅動突變和附屬器受累）及晚期預後標誌物（APOE和CD163） ，為肢端型黑色素瘤的早期診斷和精準診療提供了重要信息 。

北京大學第一醫院的張寧教授 、李航教授和北京大學-雲南白藥國際醫學研究中心的薛瑞棟研究員（北京大學第一醫院兼職教授）為共同通訊作者 。北京大學-雲南白藥國際醫學研究中心劉恒康博士後 、北京大學第一醫院皮膚性病科高嘉雯博士和北京大學第一醫院腫瘤轉化研究中心馮梅博士後為共同第一作者 。

編者按

空間組學發展正在逐步揭秘生命在空間維度特異性發展 ，文中利用BMKMANU S1000空間轉錄組細胞分割技術高精度剖析肢端型黑色素瘤微環境細胞在空間上的動態演變 ，特別是腫瘤微環境的多態性變化 ，借助超高分辨率空間組學技術分析細胞與其環境之間的相互作用 ，加速發現細胞在空間上亞型定義和確定細胞譜係關係以及識別整個微環境複雜的調控機理 。

參考文獻 ：

Liu et al., Integrative molecular and spatial analysis reveals evolutionary dynamics and tumor-immune interplay of in situ and invasive acral melanoma, Cancer Cell (2024), https://doi.org/10.1016/j.ccell.2024.04.012

本文來源於BioArt ，侵刪

英文名稱 ：Saltwater intrusion affecting NO2− accumulation in demersal fishery species by bacterially mediated N-cycling

中文名稱 ：鹽水入侵通過細菌介導的N-循環影響底棲魚種中NO2-的積累

雜誌 ：Science of The Total Environment

影響因子 ：10.753

合作單位 ：中國水產科學研究院

研究背景

鹽水入侵(SWI)對淡水/河口河流生態係統有顯著影響 ，初步影響是幹擾營養物的生物地球化學轉化 。例如 ，海水驅動的水文效應會降低亞熱帶沿海生態係統中土壤微生物生物量和土壤酶的活性 ，並降低二氧化碳淨吸收的能力 。此外 ，海水入侵增加可以減少河口潮汐濕地的氧化亞氮(N2O)排放 ，並對亞熱帶海洋水生生態係統產生負反饋 。因此 ，SWI無疑改變了海豚和沿海棲息地的營養狀態和必需營養素的可用性 。由於上述營養物質（如C 、N）在SWI作用下發生改變 ，河口生態係統中微生物群落的組成和功能也會發生改變 ，因此 ，SWI對營養物質生物地球化學轉化的影響可能與微生物群落沿鹽度梯度的變化有關 。

研究方法

微生物三代全長 ，宏基因組學測序 ，理化指標檢測

研究結果

在SWI條件下 ，環境參數的差異

• 從M1到M5的采樣點鹽度升高 ，每對采樣點之間有顯著差異（P < 0.05） ；
• 與鹽度相似 ，隨著采樣點從M1到M5 ，水中電導率 、TDS和NH4+濃度升高 ，而TN 、NO3− 、NO2−和TP濃度降低 ；
• M1到M5相同樣點沉積物中水分 、電導率和NH4+濃度上調 ，NO3−和NO2−濃度下調 ，M1與M5間差異顯著(P < 0.05) ，同時 ，M5處沉積物TOC濃度也略高於M1處（P < 0.05）

基於16S測序的SWI條件下細菌群落組成的差異

• NMDS分析顯示 ，沉積物中細菌群落的分類和功能組成比水中更加離散 ，特別是沉積物中的分類組成在M1和M5之間表現出明顯的差異 ；
• 水中的優勢細菌類群是Gammaproteobacteria 、Alphaproteobacteria和Bacteroidia ，而沉積物中的優勢細菌類群是Campylobacteria ，γ變形菌和德爾塔變形菌 ；
• 主要微生物類群彎曲菌和Gammaproteobacteria在M1和M5間差異顯著(經FDR調整P < 0.05) ，表明沉積物中這兩個類群可能存在差異以應對SWI ；
• α多樣性表明 ，水中隻有Chao1指數在M1和M5之間存在顯著差異(P < 0.05) 。而沉積物中檢測到的所有α多樣性指數(Shannon,Chao1, Simpson)在M1和M5之間差異顯著(P <0.05) 。這表明SWI對腸道細菌群落的影響大於對水的影響

基於宏基因組測序的SWI條件下沉積細菌群落的差異

• 由於SWI對沉積細菌群落有主要影響 ，對M1（低鹽度）和M5（高鹽度）進行了宏基因組測序 。通過NMDS分析 ，沉積物細菌群落的病灶組成清晰分離 ；
• 除低豐度細菌類群和未分類類群外 ，OTUs在低鹽度下富集的細菌門 ，包括放線菌門 、氯化菌門 、脫硫菌門、厚壁菌門和變形菌門 ，而高鹽度的群落包括彎曲菌和普朗菌 ；
• 沉積性細菌群落中最豐富的15個細菌OTUs來自10個類別 ，其中彎曲杆菌和伽馬變形菌門是最重要的類群 ，各有3種 。與此同時 ，有11個物種在高鹽度中富集 ，包括硫脲 、硫單胞菌 、彎曲杆菌 、硫堿杆菌 、熱厭氧菌等 ；

SWI條件下環境參數與沉積細菌群落的相關性

• db-RDA與Anova檢驗顯示 ，鹽度控製了水中細菌群落的分類和功能組成的變化 ，而沉積物中群落組成的差異與pH 、電導率 、NO3− 、NO2−和NH4+密切相關 ，表明細菌群落對SWI條件下沉積氮形態有顯著影響（P < 0.05） ；
• 使用Mantel檢驗計算群落組成和環境參數的Bray-Curtis差異 ，發現沉積細菌群落的電導率和NH4+與分類組成顯著相關（Mantel’s r = 0.962和974 ，P < 0.05） 。同時 ，電導率和NH4+也與沉積細菌群落的功能組成密切相關（Mantel’s r = 0.962和0.985 ，P <0.05） 。因此 ，SWI條件下沉積物細菌群落的組成受電導率和NH4+的驅動；
• SEM表明 ，細菌豐度直接影響NO2− 、NO3−和NH4+的濃度 ，並通過改變細菌α多樣性間接影響NO2−和NH4+的濃度 ；
• 鹽度 、電導率和細菌豐度之間存在正相關關係 ，沉積物中不同的氮形態有順序的參與 ；
• Pearson相關分析顯示 ，優勢細菌分類群Sulfurovum sp.和sulphimonas sp.與氮形態(NO2− 、NO3−和NH4+)和酶活性(NR和NiR)顯著相關（P < 0.05） ；
• 結果表明SWI可以通過鹽度改變電導率來影響細菌的豐度和多樣性 ，從而影響沉積物中的氮循環

SWI條件下細菌功能基因與氮循環的相關性

• 功能基因通過KEGG途徑富集的結果表明 ，氮代謝相關功能基因在高鹽環境下的表達水平高於低鹽環境 ，而碳和氨基酸代謝相關功能基因在低鹽環境下的表達水平高於高鹽環境。這表明SWI通過建立鹽度梯度刺激氮循環 ；
• 氮循環途徑方式與KEGG中“甲烷代謝” 、“乙醛酸鹽和二羧酸鹽代謝” 、“雙組分係統”等類別密切相關 ，表明氮循環與上述三種途徑可能是共同響應SWI的途徑 ；
• 通過MetaBAT2分形分析獲得10個高質量基因組(完整度>90% ，汙染度<5%) ，這些基因與氮循環相關 。例如 ，Sulfurovum sp.同時參與了ANRA(基因nasA)和DNRA(基因ark) ，脫硫菌科自養菌參與ANRA (NR基因)和固氮(nifB基因) ，脫硫菌科細菌參與反硝化(基因norA和nosD)和固氮(基因nifU和nifH) ；
• 由於參與反硝化過程的細菌種類更多 ，NiR的酶活性變化(14.5倍)高於NR(2.6倍) ，表明SWI強烈影響了沉積物中NO2 -的變化 。這些結果表明 ，SWI促進了氮循環的反硝化過程 ，減少了沉積物中NOx-N的滯留 ，特別是NO2−的滯留

期刊名稱 ：BMC Medicine百邁客生物為其提供微生物多樣性測序及部分數據分析服務 。

01 研究背景

不孕症已成為一個嚴重的公共衛生問題 。最近的研究發現 ，不同種族和民族的健康個體之間的陰道微生物組結構存在顯著差異 。因此 ，研究中國人群中女性生育能力與陰道微生物組之間的關係至關重要 。

02 研究策略

圖1-研究設計與參與者

03研究結果

1.陰道微生物群與生育能力

對陰道拭子進行微生物多樣性測序分析 。結果表明 ，在屬水平上 ，豐度最高的最常見細菌是Lactobacilli 、Gardnerella(8.57%) 、Streptococcus (1.79%)和Atopobium(1.54%) 。PCoA顯示這兩組的陰道微生物群落結構略有不同 ；Lefse分析表明 ，妊娠組乳乳酸杆菌(Lactobacillus)豐度高於非妊娠組。非妊娠組中放線菌門和加德納菌屬的豐度高於妊娠組 。在屬水平上 ，潛在生物標誌物包括 Gardnerella、Lactobacil-lus和Fannyhessea,(圖2D) 。妊娠組加德納菌的相對豐度顯著低於未妊娠組 。

圖2-不同妊娠結局的陰道微生物組差異

2.第二階段的關聯驗證

總共有332名女性被納入Ⅱ期分析 。相關分析表明 ，L.crispatus與L.gasseri呈正相關 ，與L.iners呈負相關 。L.iners與L.gasseri呈負相關 。G.vaginalis與F.vaginae呈正相關 。女性生育能力隨L.gasseri的絕對負荷的增加而增加 ，但隨F.vaginae的增加而降低 。

圖3-妊娠組和非妊娠組屬的相對豐度散點圖

3.陰道微生物組類型與生育能力

根據五種細菌的絕對負荷量 ，發現陰道微生物群聚為五種類型(A-E) 。圖4A顯示A型(24.7%,82/332)以三種高豐度乳杆菌和低豐度的G.vaginalis和F.vaginae為特征 。B型(13.0%,43/332)表現為G.vaginalis高豐度 ，三種乳杆菌豐度低 。C型(20.2%,67/332)以高豐度F.vaginae為主和適度豐富的三種乳杆菌 。D型(22.3%,74/332)的特征是Liners豐度較高 ，其餘4種豐度較低 。E型(19.9%,66/332)表現為L. crispatus和L.gasseri豐度較高 ，其他三種豐度較低 。圖4B顯示 ，具有不同類型陰道微生物群的婦女具有不同的生育能力 。A型陰道微生物組的累積妊娠率最高 ，而D型陰道微生物組的累積妊娠率最低 。B型 、C型和E型的累積妊娠率相似。

在調整了潛在的混雜因素後 ，與陰道微生物群A型的女性相比 ，D型微生物組的生育能力降低了55% 。無論TTP是按月還是按月經周期決定 ，這種相關性都很強 。與A型相比 ，具有B 、C和E型陰道微生物組的婦女的生育能力傾向較低 。

圖4-陰道微生物組的類型和生育能力

表2-不同陰道微生物組類型的生育率

04研究總結

該研究證實了孕前陰道微生物群與女性生殖力之間的關係 。陰道微生物群具有較高豐度的L.iners和較低的L.erispatus,L.gasseri與較低的生育能力有關 。進一步的研究現在需要證實 ，操縱陰道微環境是否可以提高人類的生育能力 。

2024年4月 ，北京大學現代農業研究院李博生團隊和葉文秀團隊在《Genomics, Proteomics, and Bioinformatics》（IF=9.5）雜誌上發表了一篇綜述文章 ，題為《Opportunities and challenges in advancing plant research with single-cell omics》 。

Abstract

植物擁有多樣化的細胞類型和複雜的調控機製 ，以適應自然界不斷變化的環境 。為了研究細胞類型及其發育過程 ，已經采用了包括單細胞測序方法在內的各種策略 ，這些方法提供了高維度的數據目錄以解決生物學問題 。近年來 ，轉錄組學 、表觀基因組學 、蛋白質組學 、代謝組學和空間轉錄組學等單細胞測序技術已經在植物科學中得到了越來越廣泛的應用 ，以揭示單細胞層麵的複雜生物關係 。然而 ，由於植物細胞結構的特性所帶來的挑戰 ，單細胞技術在植物領域的應用受到了更多的限製 。本綜述文章概述了單細胞組學技術的最新進展 ，這些技術在植物係統中的意義和未來的研究應用前景 ，以及植物係統中單細胞組學所麵臨的挑戰 。

KEYWORDS

多組學 ；單細胞轉錄組學 ；空間轉錄組學 ；單細胞表觀基因組學 ；單細胞蛋白質組學

單細胞多組學技術在植物研究中的應用及優勢

該綜述文章詳細介紹了植物單細胞分離技術 ，包括微吸（Micro-pipetting） 、光鑷（Optical tweezers） 、微流控（Microfluidics） 、單細胞微孔板（microwell） 、分裂池（split-pool） 、激光捕獲顯微切割（LCM） 、流式細胞熒光分選技術（FACS） 。特別強調了單細胞微流控分離技術在獲取高通量異質性細胞類群方麵的應用 。此外 ，也對原生質體測序和單細胞核測序在植物中的應用優勢進行了比較 。原生質體測序能夠獲取更多的基因中位數 ，但需要酶解分離 ，對不易酶解的樣本難以獲取原生質體 ，並且酶解過程可能影響細胞基因表達等信息 。相比之下 ，細胞核測序不依賴酶解過程 ，特別適用於不易酶解的植物樣本 ，且能夠實時捕獲基因表達信息 ，但捕獲基因數相對較低 ，且無法獲取細胞質中的轉錄本信息等缺陷 。另外 ，該文還全麵闡述了單細胞轉錄組測序 、單細胞表觀組 、單細胞蛋白質組 、單細胞代謝組和空間轉錄組等技術在植物基因表達 、細胞命運決定和發育進程研究中的應用實例 。

圖1-植物多組學研究流程圖 ，單細胞轉錄組測序 、單細胞ATAC測序(可轉座酶可及染色質測序) 、空間轉錄組及空間代謝組在獲得特定類群細胞或組織基因表達及代謝信息的應用 。

單細胞多組學技術在植物研究中的前景與挑戰

該綜述文章概述了單細胞組學和空間轉錄組學在植物研究中的廣泛應用前景 。其中包含發現新的細胞類型 、尋找植物育種分子標記 ，揭示應激響應基因和其調控網絡 。單細胞技術與多組學技術的融合為植物細胞生物學研究提供了更加全麵和深入的視角 。這有望為提高作物產量和解決可持續農業麵臨的關鍵問題提供新的思路 。同時 ，文章指出了植物空間生物學目前麵臨的挑戰 。這些挑戰包括組織切片轉移 、細胞邊界識別以及含水量高的薄壁細胞組織冷凍切片容易破碎等問題 。文章還提出了高壓冷凍技術(HPF)和使用甲醛固定石蠟包埋組織標本(FFPE)等潛在解決方案 。最後 ，文章強調了這些先進技術對於深化尊龍凱時對植物發育 、生長和應激適應機製的理解 ，以及推動植物研究和農業進步的重要作用 。單細胞技術的不斷發展和應用將為植物科學領域帶來更多的機遇和突破 。

圖2-單細胞多組學技術在植物研究領域中的應用 ，包含單細胞水平基因表達 、蛋白豐度 、代謝產物水平和植物中的表觀遺傳修飾等 。

在這篇文章中 ，李博生團隊和葉文秀團隊深入探討了單細胞組學技術在植物研究中的應用 。隨著單細胞測序技術的飛速發展 ，研究人員能夠以前所未有的精度分析複雜多細胞組織中單個細胞或一類細胞的分子和功能異質性 。這一技術的突破為植物研究開辟了新的天地 ，使得研究人員能夠更深入地理解植物的生長 、發育和響應環境變化的機製 。

文中同樣也提到了BNKMANU S1000等空間組學技術在植物研究中的價值 ，能使研究人員能夠深入了解複雜生物係統中不同細胞類型的轉錄網絡。通過分析細胞與其環境之間的相互作用 ，空間組學能夠發現新的細胞亞型 、確定細胞譜係關係以及識別整個組織和器官內的細胞演變過程【2】 。

參考文獻 ：

1.Rhaman,M.S.,Ali,M.,Ye,W.and Li,B.,2024.Opportunities and Challenges in Advancing Plant Researchwith Single-cell Omics.Genomics,Proteomics &Bioinformatics,p.qzae026.

2. Song X, Guo P, Xia K, Wang M, Liu Y, Chen L, Zhang J, Xu M, Liu N, Yue Z, Xu X, Gu Y, Li G, Liu M, Fang L, Deng XW, Li B. Spatial transcriptomics reveals light-induced chlorenchyma cells involved in promoting shoot regeneration in tomato callus. Proc Natl Acad Sci U S A. 2023;120(38):e2310163120. doi:10.1073/pnas.2310163120.

文章來源於BAP BioArt植物

合作單位 ：中國農業科學院深圳農業基因組研究所

文章標題 ：Haplotype-resolved chromosome-level genomeof hexaploid Jerusalem artichoke providesinsights into its origin, evolution, and inulinmetabolism

期刊名稱 ：Plant Communications

影響因子 ：10.5

研究對象 ：菊芋

測序技術 ：基因組測序 、Hi-C測序

百邁客生物為該研究提供了基因組測序服務 。

近日 ，中國農業科學院深圳農業基因組研究所在植物科學期刊Plant Communications（中科院一區 ，IF=10.5）上在線發表題為“Haplotype-resolved chromosome-level genome of hexaploid Jerusalem artichoke provides insights into its origin, evolution, and inulin metabolism”的研究論文 ，構建了六倍體菊芋染色體級別參考基因組 ， 解析了菊芋基因組起源和演化過程 ，鑒定了所有菊粉代謝基因拷貝 。

菊芋俗稱洋薑 、鬼子薑 ，是原產北美 、經歐洲傳入我國的“舶來品” 。菊芋塊莖曾作為冬季醃菜在北方百姓餐桌上流行 ，如今主要用於生產膳食纖維和益生元等保健品或食品添加劑 ，也可作生物能源植物 、青貯飼料 。菊芋抗旱 、抗寒 、耐鹽堿 、再生能力極強 。菊芋基因組推測為同源異源六倍體（2n=6x=102） ，其基因組龐大且複雜 ，其種間雜交起源演化假說缺乏細節證據 、爭議頗多 。

本研究利用PacBio HiFi測序 、Hi-C染色質構象捕獲測序技術 ，利用自主開發組裝算法EndHiC和其他複雜基因組組裝中積累的經驗和能力 ，參考同屬二倍體向日葵基因組 、經過多輪人工校正組裝 ，最終完成了六倍體菊芋的高質量染色體級別組裝 。參考基因組（去雜合 ，3x=51）大小為10.5 Gb ，含有199,842個蛋白編碼基因 ，基因組大小和基因數目均為向日葵的3倍 。

今天的菊芋基因組經曆了約4500萬年前菊科祖先發生的全基因組三倍化 ，約2900萬年前向日葵超族祖先發生的全基因組加倍 ，以及約2百萬年前菊芋與向日葵分化後發生的全基因組三倍化事件 。同源染色體單拷貝直係同源基因的進化分析表明 ，最近的三倍化是菊芋二倍體與四倍體祖先發生的種間雜交和染色體加倍事件 ，故菊芋基因組包含了A1, A2 、B三個亞基因組 。除基因組多倍化事件外 ，向日葵屬內大規模染色體重排 、轉座子活動 、基因突變和人工馴化選擇等過程共同塑造了現在的六倍體菊芋基因組 。

作為菊粉工業化生產作物 ，菊芋的菊粉代謝基因（合成酶基因1-SST與1-FFT、分解酶基因1-FEHI與1-FEHII）早已被克隆驗證，但每個基因僅克隆了1個拷貝 。本研究基於菊芋全基因組序列，係統鑒定了包括已克隆拷貝在內的所有菊粉代謝基因 ，其中6個1-SST 、6個1-FFT 、3個1-FEHI和9個1-FEHII參與菊粉代謝 ，餘下的拷貝已變為假基因或丟失功能 ，菊芋多倍化事件產生的多個菊粉代謝基因仍處在持續進化或功能分化過程中 。

圖1-六倍體菊芋參考基因組組裝與注釋

圖2-六倍體菊芋物種進化與基因組演化曆史

文章來源於植物代謝研究