Nature子刊！曹罡教授等团队在多重原位检测技术方面取得重要进展

单细胞测序技术可解决了传统测序技术对细胞异质性掩盖的问题，同时能发现新的稀有细胞类型，更精准的解析生物组织的细胞组成与功能。但单细胞测序的操作过程会出现组织微环境和细胞空间信息缺失，限制对生命信息的深度解读。而目前主流的空间转录组技术存在非严格意义单细胞分辨率、成本高等不足，使得单细胞测序之后往往还是需要依靠传统FISH对重要的基因进行空间定位和细胞鉴定。

FISH技术通过特异性杂交解析靶向的生物分子丰度水平和空间位置，补充细胞中基因的空间表达信息，使我们对组织微环境和功能机制有更全面的理解。经典FISH技术经过不断地发展已经取得了巨大进步，但仍存在一些问题：1）靶标核酸分子通常需要大约1 kb或更长用于探针的杂交，才能产生足够的信号强度，限制了对短序列核酸分子的检测；2）只能单独检测DNA、RNA和蛋白质，或共同检测RNA和蛋白质，无法同时检测DNA、RNA和蛋白质；3）如何在实现高杂交效率和高信号强度的同时，保证低背景噪音仍然是当前经典原位杂交的一个重要挑战。

针对上述经典FISH技术目前存在的一些问题，华中农业大学曹罡、戴金霞课题组开发了一种新型荧光原位杂交技术（π-FISH rainbow），弥补了目前FISH技术领域存在的不足，精准地将不同生物（动物、植物和微生物等）中多种生命分子（DNA、mRNA 、lncRNA、miRNA、rRNA、蛋白质等）在组织原位水平一网打尽（图1）。其研究成果以 “Highly efficient and robust π-FISH rainbow for multiplexed in situ detection of diverse biomolecules”为题发表在Nature communications杂志（图2）。

图1（来源于网络）

该新型原位检测方法具有杂交效率高、信号放大强、背景噪音低、特异性好、检测通量高、应用范围广等特点。其具体技术细节如下: 1）独特的π型靶探针(含2-4个互补碱基对)和U形放大探针的设计使该方法比目前主流FISH方法（如smFISH和HCR等）的杂交效率更高、背景噪音更低和信号放大能力更强；2）可以实现DNA、RNA和蛋白质多重分子的共同检测，对解析生物大分子复合物参与生命活动调控机制的研究具有重要意义；3）可以高效检测短序列核酸分子的空间信息，包括短序列RNA （如microRNA）、短序列DNA（如DNA突变、倒位、异位）以及可变剪接体的原位识别；4）应用范围广泛，可用于动物、植物和微生物（细菌，病毒和寄生虫等）样品检测，兼容冰冻样本、石蜡样本和整体胚胎等多种样品类型。

此外，本研究利用π-FISH rainbow技术结合了一些重要的生物学问题进行了应用（图3）：1) 实现了前列腺癌患者循环肿瘤细胞中雄激素治疗抵抗标志物雄激素受体剪接变体7 (ARV7)的原位鉴定，可为前列腺癌患者雄激素耐药性治疗提供临床指导；2) 通过4种荧光组合编码每轮可同时针对15个基因靶标，对同一张小鼠初级感觉皮层（S1）组织切片上通过两轮杂交检测了21个神经元的Marker基因，再现了小鼠S1皮层不同亚层神经元的空间分布；3) 依靠π-FISH rainbow的高灵敏度，首次发现肿瘤细胞周期关键调控因子lncRNA MALAT1具有三种不同的亚细胞定位模式。这些研究内容体现了π-FISH rainbow技术在基础科学研究和临床诊断中的巨大应用潜力。

图3：π-FISH相关研究内容应用案例

华中农业大学曹罡教授和戴金霞副研究员为本文的共同通讯作者，博士研究生陶影峰和周小六为本文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、广东省重点研发计划项目的资助。该技术已实现产业转化，并以检测试剂盒的形式推出（鲲羽生物首发高品质国产RNA FISH探针试剂盒 ），为单细胞测序和空间组学提供更精细的分子空间图谱原位注释和验证，致力于成为单细胞测序技术之后的必备神器、黄金搭档。同时针对不同生物分子的高效多重检测、染色体变异原位验证、多重蛋白共同检测和短核酸序列的原位检测，为基础科研和临床诊断提供更多的解决方案。

曹罡老师讲到：“我们在基因原位检测技术布了三条线，打磨了近10年了，终于到了捕捞收网的时候了。1）DNA FISH：极速DNA FISH技术已经可以覆盖任意物种、任意基因组位点了，产前、肿瘤、早筛常见探针全覆盖！我们还在升级“一步法傻瓜DNA FISH技术”（任何乡镇医院都能搞得定），已经初见成效；2）paiFISH（就是这篇公众号的文章）可以检测miRNA，lnRNA，各种RNA病毒，蛋白、某些神经递质和不同剪切变异体（如前列腺癌耐药基因检测）；3）高通量空间组原位检测技术（审稿中）。”

此外，曹罡团队将在空间组、链接组新技术开发及其在神经系统生物学和疾病诊断中的运用招聘博后和各层次研发优秀人才，招聘信息如下：

附招聘启示

团队介绍

曹罡，博士，荷兰NCMLS中心博士，冷泉港实验室博士后，博士生导师，国家高层次领军人才项目获得者。主持或参与十三五/十四五重大研发计划，基金委创新群体项目、联合基金重点项目，面上项目多项。获中华医学科技二等奖，国家精品慕课课程，国家一流本科生课程等。

研究方向：

（一）新兴单细胞空间多维组学和连接组学等新一代系统生物学和分子诊断技术开发及其运用。基于前期良好的单细胞空间基因组、中通量FISH、空间转录组学等系统生物学技术基础：1）开发新一代肿瘤、产前、感染、神经系统等疾病精准诊断与早筛产品，2）整合、升级空间组与病毒Barcoding和单细胞分辨率连接组学前沿系统生物学技术，解析重要脑疾病（如：抑郁症、自闭症）和学习记忆行为范式下单神经元精度的高维组学机制。（近几年代表作：JACC 2017，Nature Genetics 2018，Nucleic Acids Res 2018，Molecular Neurodegeneration 2019，Nature Communications 2021，Science Bulletin 2021，Nature Communications 2023等）。

（二）“神经-免疫-感染”系统生物学：1）从系统生物学的全新角度理解“感染-免疫”在重大神经系统疾病（如：抑郁症、自闭症和退行性疾病）发生发展中的作用机制；2) 解析“神经-免疫”调控（特别是抑郁、应激压力条件）在肿瘤发生、发展和转移的作用机制(近几年代表作：Science Advances 2021, Neuron 2022, Nature Communications 2022，GPB 2020, Brain pathology 2019，Gene & disease 2022, mSystem 2021等，大批好的文章还在路上）。实验室氛围宽松自由（超级自由！），老板nice（超级nice！），前沿研究项目（wen zhang）有盼头..........

岗位需求及应聘条件

招聘岗位：博士后，助理/副研究员，实验室管理员，产品研发人员。

应聘条件：

1.博士后，助理/副研究员岗位需要博士学历，其他岗位需要本科及以上学历；

2.生物信息学、组织病理学、神经生物学、免疫学、分子生物学等学科本科及以上学历优先；

3.. 掌握实验关键技术、协助实验室硬件软件管理；

4.具备良好的思想素质和职业操守，踏实严谨，有良好的团队协作精神；

5.可阅读英文技术类文档，能搜集领域专业信息，有较强的学术交流能力；

6.具备合格的中英文写作能力。

薪资待遇提供具有竞争力的薪资待遇，缴纳五险一金，按月发放用餐补助，协助申请符合标准的人才补助、研究基金等。具体细节可以面议。

应聘须知1. 个人中英文简历（附上发表学术成果列表）；2. 学位证明相关材料扫描件；3. 反映本人学术水平的近5年代表性成果复印件；4. 专家推荐信优先考虑。应聘者请按照“申请岗位+ 姓名+毕业院校”的邮件标题，将上述材料发至 k.xiao@siat.ac.cn （肖老师）