以精確的定時(shí)模式表達(dá)的基因，被稱為振蕩基因，在細(xì)胞分裂、晝夜節(jié)律和肢體形成這樣的發(fā)育功能中，起著重要的作用。但是，因?yàn)槲覀儾荒軐虮磉_(dá)進(jìn)行定時(shí)的觀察，因此，這些基因在很大程度上是未被發(fā)現(xiàn)的。

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

這項(xiàng)研究發(fā)表在八月二十四日的《Nature Methods》，描述了這種新的統(tǒng)計(jì)方法，稱為“Oscope”，有助于在單細(xì)胞RNA測序實(shí)驗(yàn)中確定振蕩基因。Oscope的關(guān)鍵是，檢測來自非同步化群體的細(xì)胞，這些細(xì)胞處于不同的發(fā)育狀態(tài)。

用傳統(tǒng)的RNA測序技術(shù)來研究振蕩基因，要求研究人員“選擇”僅僅一個(gè)已知的振動(dòng)系統(tǒng)，并對本系統(tǒng)執(zhí)行同步化。這一步驟掩蓋了其他任何系統(tǒng)的振蕩信號。

本文共同作者、Morgridge研究所計(jì)算生物學(xué)家冷寧（音譯，Ning Leng）說：“在這項(xiàng)研究中，我們研究了非同步化的單細(xì)胞數(shù)據(jù)，因此沒有振蕩系統(tǒng)受到干擾。這使我們能夠發(fā)現(xiàn)未知的振蕩信號。”

Oscope可識(shí)別獨(dú)立組的循環(huán)基因，并捕獲每一組的一個(gè)“基本周期”，從而提供了一種實(shí)用的方法，來分析發(fā)揮周期作用的不同類型的基因。這項(xiàng)技術(shù)可以為處于基本發(fā)育核心的基因，打開新的研究途徑。

Oscope誕生于一項(xiàng)多學(xué)科的合作研究。為了解決這個(gè)問題，需要將UW-Madison生物統(tǒng)計(jì)學(xué)和醫(yī)學(xué)信息學(xué)系Christina Kendziorski教授的統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)知識(shí)，與Morgridge研究所干細(xì)胞研究先驅(qū)James Thomson的干細(xì)胞優(yōu)勢結(jié)合起來。

Chu說：“我們認(rèn)為，這是了解振蕩基因及其與發(fā)育過程之間的關(guān)系的第一步。最有趣的問題是，基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)如何調(diào)節(jié)基因表達(dá)？這些信號如何以一種適時(shí)的方式協(xié)調(diào)，來執(zhí)行一項(xiàng)發(fā)育任務(wù)？Thomson實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)是，建立一個(gè)強(qiáng)大的系統(tǒng)，檢測對于發(fā)育過程很重要的時(shí)間相關(guān)基因。”

研究最充分的振蕩基因是與晝夜節(jié)律鐘相關(guān)的，晝夜節(jié)律鐘基于光照，并在24小時(shí)內(nèi)嚴(yán)格調(diào)節(jié)著新陳代謝和細(xì)胞增殖。

Chu說，這對疾病也有深遠(yuǎn)影響，最值得注意的是癌癥，在這種疾病中，正常的細(xì)胞分裂的時(shí)間被劫持，細(xì)胞增殖失控。Oscope技術(shù)可能識(shí)別遺傳周期和疾病之間的其他關(guān)系。

單細(xì)胞RNA測序是獲取基因表達(dá)快照的一種非常強(qiáng)大的工具，但是隨著時(shí)間的推移，它就不那么容易跟蹤一個(gè)細(xì)胞。Oscope采用高分辨率的快照數(shù)據(jù)，來識(shí)別可能隨時(shí)間變化的不同基因群。

Chu說：“我們需要綜合許多細(xì)胞之間的平均信號，以獲得整體情況，我們也需要單細(xì)胞分辨率的技術(shù)，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(shù)據(jù)分析是非常具有挑戰(zhàn)性的，需要新的算法（如Oscope），來執(zhí)行這些復(fù)雜的任務(wù)。”