生物通報道：以精確的定時模式表達的基因，被稱為振蕩基因，在細胞分裂、晝夜節律和肢體形成這樣的發育功能中，起著重要的作用。但是，因為我們不能對基因表達進行定時的觀察，因此，這些基因在很大程度上是未被發現的。

最近，美國Morgridge研究所和威斯康星-麥迪遜大學的科學家們開發出一種算法，提供了一種新的方法，來識別振蕩基因的動力學，并首次確定了這些早期發育力量的作用。

這項研究發表在八月二十四日的《Nature Methods》，描述了這種新的統計方法，稱為“Oscope”，有助于在單細胞RNA測序實驗中確定振蕩基因。Oscope的關鍵是，檢測來自非同步化群體的細胞，這些細胞處于不同的發育狀態。

用傳統的RNA測序技術來研究振蕩基因，要求研究人員“選擇”僅僅一個已知的振動系統，并對本系統執行同步化。這一步驟掩蓋了其他任何系統的振蕩信號。

本文共同作者、Morgridge研究所計算生物學家冷寧（音譯，Ning Leng）說：“在這項研究中，我們研究了非同步化的單細胞數據，因此沒有振蕩系統受到干擾。這使我們能夠發現未知的振蕩信號。”

Oscope可識別獨立組的循環基因，并捕獲每一組的一個“基本周期”，從而提供了一種實用的方法，來分析發揮周期作用的不同類型的基因。這項技術可以為處于基本發育核心的基因，打開新的研究途徑。

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Oscope誕生于一項多學科的合作研究。為了解決這個問題，需要將UW-Madison生物統計學和醫學信息學系Christina Kendziorski教授的統計學專業知識，與Morgridge研究所干細胞研究先驅James Thomson的干細胞優勢結合起來。

冷寧和Morgridge研究所博士后Li-Fang Chu是這篇論文的共同作者。兩者都是Thomson在Morgridge研究所再生生物學團隊的成員。Oscope軟件包可免費提供給科學家們，可訪問這個網站：https://www.biostat.wisc.edu/~kendzior/OSCOPE/。

Chu說：“我們認為，這是了解振蕩基因及其與發育過程之間的關系的第一步。最有趣的問題是，基因調控網絡如何調節基因表達？這些信號如何以一種適時的方式協調，來執行一項發育任務？Thomson實驗室的目標是，建立一個強大的系統，檢測對于發育過程很重要的時間相關基因。”

研究最充分的振蕩基因是與晝夜節律鐘相關的，晝夜節律鐘基于光照，并在24小時內嚴格調節著新陳代謝和細胞增殖。

Chu說，這對疾病也有深遠影響，最值得注意的是癌癥，在這種疾病中，正常的細胞分裂的時間被劫持，細胞增殖失控。Oscope技術可能識別遺傳周期和疾病之間的其他關系。

單細胞RNA測序是獲取基因表達快照的一種非常強大的工具，但是隨著時間的推移，它就不那么容易跟蹤一個細胞。Oscope采用高分辨率的快照數據，來識別可能隨時間變化的不同基因群。延伸閱讀：解讀單細胞RNA-seq技術。

Chu說：“我們需要綜合許多細胞之間的平均信號，以獲得整體情況，我們也需要單細胞分辨率的技術，來比較兩者，找出哪些信號可能代表真正的生物變量。這些數據分析是非常具有挑戰性的，需要新的算法（如Oscope），來執行這些復雜的任務。”

（生物通：王英）

注：James Thomson是美國發育生物學家，主要貢獻包括1998年首次分離出人體胚胎干細胞，2007年成功誘導人體多能干細胞。美國威斯康星州麥迪遜市莫格里奇研究院再生生物學主任，威斯康辛大學醫學與公共衛生學院細胞與再生生物學教授，加州大學圣塔芭芭拉分校分子細胞與發育生物學系教授。國際細胞動力學公司創始人兼首席科學家，該公司位于麥迪遜市，生產誘導人體多能干細胞用于藥物研發和毒性測試。湯姆森還是美國科學院成員，曾獲得許多榮譽。《時代》雜志因他在人體胚胎干細胞方面的貢獻把他作為2001年美國醫學封面人物，2008年又把他評為全球最有影響力的百人之一。2011年，與山中伸彌共同獲得費薩爾國王國際獎和阿爾巴尼醫學中心獎。

生物通推薦原文：
Oscope identifies oscillatory genes in unsynchronized single-cell RNA-seq experiments, Nature Methods (2015) DOI: 10.1038/nmeth.3549