Visium 空间转录组技术 ， 结合显微成像技术和 RNA 测序技术 ， 将染色后的组织切片与不同空间位置细胞的 mRNA 表达数据相结合 。 利用 Visium 技术 ， 可以从整个组织切片获得高通量的转录组数据 ， 通过此技术研究正常和疾病组织的细胞组成及其与基因表达的关系 ， 可用于发现新的组织生物标志物 。
图表6 Visium FF/FFPE空间转录组mRNA捕获原理比较
3.基于原位测序的空间转录组技术
原位测序技术可以直接在组织中检测细胞中的基因型 ， 并能够发现局部微环境对基因表达的影响 。 2013年 ， Ke等发表了锁式探针原位测序的分析方法(in situ sequencing ISS) ， 锁式探针属于单链DNA分子 ， 能够结合到cDNA分子上 。
ISS 技术中 ， 锁式探针（padlock probe）可能会产生大量的探针特定偏差 ， 而且 ISS 技术通常仅限于有明确注释基因的检测 。 针对这些问题 ， 2015 年 ， Lee 等开发了荧光原位测序（fluorescence in situ sequencing ， FISSEQ）技术 ， 利用随机六聚体引物在固定细胞中逆转录 RNA ， 通过 cDNA 的环化以非靶向方式生成测序文库 。 进一步提高了原位测序技术的检测通量 ， 能获得全基因组范围的基因表达图谱 ， 包括基因表达 ， RNA 剪接和转录后修饰等 ， 同时保留了空间位置信息 。
FISSEQ 技术的优势在于 ， 对于功能重要的转录本 ， 其富集程度是单细胞 RNA-seq 的十倍以上 。 FISSEQ方法的局限性在于获得的基因数远少于 RNA-seq ， 每个细胞仅获得约 200 个 mRNA 片段 ， 而单细胞RNA-seq则约为 40000 个 mRNA 片段 。 该方法测序深度低 ， 无法提供单个细胞内 RNA 的完整信息 ， 会丢失低丰度的转录本 。
图表7 荧光原位测序的滚环扩增原理
4.基于活细胞标记的空间转录组技术
上述几类空间转录组技术 ， 需要对组织进行切片 ， 而组织一旦切片 ， 就无法获得完整单细胞的基因表达信息 ， 当前的捕获方法难以从单个细胞中分离出 mRNA 而不损害相邻组织. 2014 年 ， Ditte Lovatt 等开发了一种新的空间转录组方法——TIVA（transcriptome in vivo analysis） ， 第一次非破坏性地从活细胞中捕获 mRNA 。
TIVA 方法与 RNA-seq 的结合能获得具有空间信息的完整单细胞基因表达信息 ， 而不是某个切片或者部分单细胞的基因表达信息 ， 为研究复杂的组织微环境对完整单细胞转录组的影响提供了一种可靠途径 。 但是 ， 该方法目前不适用于大量细胞的分析 ， 且因其只能穿透活细胞 ， 对已处理过的组织样品（例如固定后或冰冻后的组织样品）不适用 。
为了将scRNA－seq 数据与空间维度和实时表型分析联系起来 ， Matthew F． Krummel 课题组开发了一种ZipSeq ， 它利用照明模式和光笼寡核苷酸将 DNA 编码 （Zipcode）标记到完整组织的活细胞上 ，进一步揭示单细胞转录组数据的空间定位背景信息 。 ZipSeq 技术适用于人体组织并允许一次定义多个区域 ， 但空间分辨率低限制了该技术的应用范围 。
图表8 空间转录组技术比较
目前的各类空间转录组技术 ， 都存在各自的优缺点 ， 这些空间转录组的方法将不断克服各自的不足 ， 包括防止 RNA 的降解 ， 提高检测的通量和效率 ， 降低成本 ， 获取完整空间单细胞转录组不断加深对组织细胞真实特性的理解 。
（二）三维基因组技术进展
基因组是生命体完整的遗传信息 。 尽管提到核酸链的结构 ， 绝大多数人的第一反应是“双螺旋”模型 ， 但是 ， 基因组的物理结构 ， 却远比双螺旋复杂——核酸链会在蛋白质的辅助下 ， 形成更加高级的结构 。 这也催生了基因组学中一门子学科的诞生：三维基因组学 。
随着基因组学的发展 ， 科学家们对基因组的研究从一维 (基因序列)、二维 (不同序列的相互作用) 层面 ， 逐渐深入到三维 (染色质的空间构象)层面 。 真核生物的基因组通过线性 DNA 多层级地折叠成为染色质 ， 以特定的三维空间构象存在于细胞核内 。 染色质的三维结构影响着基因的表达调控、DNA的复制及重组 。可以从三个维度来认识基因组：
一维基因组是指基因组的序列及其注释等内容；
二维基因组是指染色质DNA分子序列结构以及细胞内分子和元件的坐标序列；
三维基因组是在一维基因组信息和二维基因组信息的基础上研究所有核内染色质空间结构及各种调控元件的交互作用 。 三维基因组学是多学科、多技术融合催生的新产物 。
染色质在细胞核内的三维层级结构单元由大到小依次为：
①染色体疆域是基因组普遍存在的结构域 ， 每条染色体在细胞核中独立占据且被限制在互不重叠的区域；
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