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中國醫學(xué)科學(xué)院藥物研究所天然藥物活性物質(zhì)與功能?chē)抑攸c(diǎn)實(shí)驗室再帕爾·阿不力孜、賀玖明團隊在《Nature Communications》上發(fā)表了一篇題為“Spatially resolved multi-omics highlights cell-specific metabolic remodeling and interactions in gastric cancer”的研究論文，采用自主研發(fā)的空氣動(dòng)力輔助解吸電噴霧離子化（AFADESI）技術(shù)，揭示了腫瘤內部生化異質(zhì)性的特征，并結合多組學(xué)共定位分析，同步解析代謝物、脂質(zhì)與基因表達的時(shí)空關(guān)聯(lián)，揭示腫瘤-免疫界面（如精氨酸代謝重編程）關(guān)鍵驅動(dòng)機制。為開(kāi)發(fā)靶向腫瘤代謝微環(huán)境的精準治療策略提供了全新視角。（文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-38360-5）
胃癌是全球高發(fā)惡性腫瘤（年新增病例超108萬(wàn)例），其惡性進(jìn)展與腫瘤代謝重編程密切相關(guān)。癌細胞通過(guò)劫持代謝通路，在營(yíng)養匱乏的微環(huán)境中攝取養分，以滿(mǎn)足其異常增殖需求。近年研究發(fā)現，腫瘤細胞與微環(huán)境中免疫細胞、基質(zhì)細胞間的代謝互作是驅動(dòng)癌癥進(jìn)展和免疫逃逸的關(guān)鍵機制。盡管代謝組學(xué)與轉錄組學(xué)研究深化了對胃癌生物學(xué)的理解，但傳統技術(shù)存在顯著(zhù)局限：組織均質(zhì)化處理導致空間信息丟失，無(wú)法解析代謝物與基因在腫瘤核心區、侵襲前沿及免疫微環(huán)境中的原位分布；單細胞轉錄組（scRNA-seq）雖能刻畫(huà)細胞異質(zhì)性，卻難以捕捉代謝物-脂質(zhì)動(dòng)態(tài)變化及其介導的細胞間代謝通訊。為突破這些瓶頸，本研究創(chuàng )新性地整合空間分辨代謝組學(xué)（SM）、脂質(zhì)組學(xué)（SL）及轉錄組學(xué)（ST）技術(shù)，通過(guò)多組學(xué)空間共定位分析實(shí)現了三重突破——原位可視化胃癌微環(huán)境中代謝網(wǎng)絡(luò )的細胞特異性分布；同步解析代謝物、脂質(zhì)與基因表達的時(shí)空關(guān)聯(lián)；揭示腫瘤-正常細胞界面的代謝重編程機制，為開(kāi)發(fā)靶向代謝微環(huán)境的精準治療策略提供了全新視角。
本研究采集7名胃癌患者的術(shù)后腫瘤組織，并構建人胃癌SGC7901細胞裸鼠異種移植模型（NPG品系）。經(jīng)OCT包埋及冷凍切片后，分別進(jìn)行三類(lèi)組學(xué)分析：采用AFADESI-MSI平臺獲取組織原位代謝物分布空間信息，經(jīng)MassImager Pro?軟件完成背景扣除、圖像重建及區域代謝物鑒定；通過(guò)MALDI-MSI技術(shù)捕獲脂質(zhì)分子空間特征，利用SCiLS Lab 2018b軟件進(jìn)行質(zhì)譜圖像處理；基于10x Genomics Visium平臺（固定染色透化→空間條形碼捕獲→逆轉錄建庫）生成全轉錄組空間圖譜，并由Loupe Browser軟件可視化基因表達。多組學(xué)數據經(jīng)H&E染色圖像對齊統一空間坐標系，整合MassImager Pro?、SCiLS Lab及Loupe Browser分析結果，構建代謝物-脂質(zhì)-基因關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò )。最終通過(guò)免疫組化（CD20/CD38抗體）驗證空間分布，并借助KOBAS-i和CellTypist工具完成通路注釋與細胞分型，揭示腫瘤-正常細胞界面的代謝重編程機制。
精氨酸與脯氨酸在腫瘤代謝中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用，既往研究表明精氨酸可調控T細胞代謝與自噬影響腫瘤生長(cháng)，與精氨酸代謝密切相關(guān)的脯氨酸已被證實(shí)參與腫瘤增殖侵襲。AFADESI-MSI在檢測低分子量代謝物如氨基酸、多胺、有機酸等時(shí)具有高靈敏度和低背景干擾的顯著(zhù)優(yōu)勢。因此本研究通過(guò)AFADESI-MSI技術(shù)結合轉錄組學(xué)可視化精氨酸和脯氨酸的空間分布以及代謝通路中的關(guān)鍵代謝物和調控基因，研究發(fā)現，精氨酸和脯氨酸的合成關(guān)鍵前體谷氨酰胺和谷氨酸在腫瘤中分別呈現上調和下調的相反趨勢。GLUL酶（催化谷氨酸→谷氨酰胺）在腫瘤、淋巴及黏膜肌層高表達（圖1a3,b1）；GLS酶（催化谷氨酰胺→谷氨酸）特異性高表達于腫瘤及淋巴組織（圖1a4,b2）。精氨酸與脯氨酸在腫瘤、上皮及淋巴組織中顯著(zhù)積累（圖1a7,a11），其合成調控基因ASS1、ALDH18A1、PYCR在相同區域亦上調（圖1a5,a6,a10,b3-b5）。兩者的代謝物多胺主要富集于腫瘤組織，其次分布于上皮、腸道化生及淋巴區（圖1a14,a16,a18）。部分催化酶僅腫瘤表達上調（圖1a9,a12,a17,b6,b8,b10），而ODC1、SRM在腫瘤及淋巴組織均高表達（圖1a13,a15,b7,b9）。綜上，胃癌中精氨酸/脯氨酸通路發(fā)生顯著(zhù)重編程，腫瘤組織內其合成代謝在代謝物及轉錄水平均增強。
圖1. 胃癌中精氨酸與脯氨酸代謝通路的重編程可視化。a精氨酸和脯氨酸代謝通路關(guān)鍵代謝物的質(zhì)譜圖像及基因空間表達圖（質(zhì)譜圖像中的顏色強度為相對值，基因圖像中的顏色強度為log2轉換值）。b小提琴圖展示精氨酸和脯氨酸代謝通路關(guān)鍵基因的表達水平。*鳥(niǎo)氨酸僅通過(guò)高分辨率質(zhì)譜圖鑒定。TT腫瘤組織，TG腫瘤及腺體組織，NE正常上皮，IM腸道化生，LT淋巴樣組織，MM糕肌，PM腫瘤周?chē)?，LM厚膜，CNT結締組織。
脂質(zhì)代謝重編程被認為是腫瘤細胞的特征。脂肪酸（FA）在細胞能量代謝和細胞信號傳導中發(fā)揮著(zhù)不可或缺的作用，磷脂是細胞膜的基本構成單元，同時(shí)可能參與腫瘤生長(cháng)和轉移相關(guān)的重要信號傳導。本文針對這兩種脂質(zhì)的空間分布特征開(kāi)展研究，結果顯示，腫瘤區域通過(guò)FASN基因高表達驅動(dòng)飽和脂肪酸FA-16:0富集（圖4f1,g1），并激活SCD酶促進(jìn)單不飽和磷脂（如PC-34:1、PE-36:1）生成（圖4d5,d8,e2,e3）；而淋巴組織則依賴(lài)FADS/ELOVL基因上調（圖4f3,f4,g3,g4），積累多不飽和脂肪酸FA-20:4及相應磷脂PC-38:4/PE-38:4（圖4d6,d9,e2,e3）。磷脂分布特征進(jìn)一步揭示：飽和磷脂（PC-32:0/PE-34:0）在淋巴組織特異性富集（圖4d4,d7,e2）；多不飽和磷脂酰肌醇PI-34:1/PI-36:1集中于腫瘤上皮區（圖4d10,d11,e4）；而磷脂酰絲氨酸（PS）全域分布（圖4d13-15,e5），磷脂酰甘油（PG）則偏好黏膜肌層/淋巴組織（圖4d16-18,e6）?；蛘{控層面，腫瘤區高表達的CHKA/ETNK1基因（圖4f5,f6,g5,g6）與分解酶PLD/LYPLA2（圖4f7,f8,g7,g8）協(xié)同重塑脂質(zhì)代謝流，證實(shí)腫瘤以單不飽和磷脂支持增殖、淋巴組織以多不飽和脂質(zhì)參與免疫調節。
圖2.胃癌中重編程脂質(zhì)合成與代謝通路的可視化展示。a H&E染色胃癌組織切片圖像，樣本編號分別為“0429號”、“0602號”和“0716號”，比例尺=2毫米。實(shí)驗重復三次。b脂肪酸從頭合成通路。c磷脂酰膽堿與磷脂酰乙醇胺的合成代謝通路。 d胃癌組織代表性脂質(zhì)的MS圖像（顏色標尺中的強度值為相對值）。e患者“0429號”胃癌組織不同區域斑點(diǎn)中代表性脂質(zhì)的表達水平（用于空間脂質(zhì)組學(xué)分析的七個(gè)組織樣本，來(lái)自患者“0429號”的n = 6個(gè)獨立切片區域）。
在腺癌患者0602的病理漸變區域（正常上皮→鋸齒狀病變→腫瘤，圖3a），空間代謝組學(xué)揭示分階段代謝重編程：①能量代謝階梯式激活：腫瘤區葡萄糖-磷酸鹽顯著(zhù)富集（圖3e），驅動(dòng)無(wú)氧糖酵解（乳酸上調，圖3f）及三羧酸循環(huán)異常（琥珀酸上調/蘋(píng)果酸下調，圖3g-h），伴隨鋸齒狀病變中OXPHOS通路核心基因（NDUFS6/COX5A等）高表達（圖3s）；②免疫調節分子失衡：組胺在病變/腫瘤區漸進(jìn)性耗竭（圖3i-j），與AOC1基因（催化組胺氧化）的空間梯度上調完全吻合（圖3t及免疫組化驗證）；③脂質(zhì)重構特征：不飽和脂肪酸FA-18:1及溶血磷脂LysoPC-16:1差異化表達（圖3k-l），受SCD基因漸進(jìn)上調驅動(dòng)（圖3u）；④硫酸酯類(lèi)梯度積累：C22:0-OH-SFT等硫酸酯從正常上皮到腫瘤呈現濃度遞增（圖3m-q），標志微環(huán)境免疫信號持續重塑?？臻g多組學(xué)關(guān)聯(lián)證實(shí)：鋸齒狀病變是代謝重編程的關(guān)鍵轉折點(diǎn)，其OXPHOS激增與糖酵解前體積累為癌變提供能量基礎。
圖3.胃癌分步代謝重編程可視化。a患者“0602號”胃癌組織切片的H&E染色圖像，比例尺=2毫米。實(shí)驗重復三次。b代謝物與脂質(zhì)驅動(dòng)的組織切片分割。c基于A(yíng)FADESI-MSI和MALDI-MSI數據的腫瘤組織（TT）及鋸齒狀腺體結構（SGS）主成分分析（PCA）得分圖譜。d-q MS圖像及不同胃癌組織切片斑點(diǎn)中各化合物的含量，顏色標度表示相對強度。r SGS組織中富集的通路。s氧化磷酸化通路中代表性改變基因，圖中t、u分別表示AOC1和SCD的空間表達圖像，顏色標度為log2轉換值。
空間轉錄組在胃癌腫瘤-鄰近組織界面識別出關(guān)鍵過(guò)渡簇9（圖4b），該區域在UMAP空間中位于正常簇（1/5/6/8/10）與腫瘤簇（2/3/4/7）之間（圖4c）。功能注釋表明簇9富集免疫炎癥細胞（漿B細胞、濾泡B細胞及Th2樣CD4+T細胞），該結果經(jīng)過(guò)CD20/CD38免疫組化驗證。代謝研究揭示其包含兩種淋巴亞型：鄰近腫瘤的瘤周淋巴組織（PLT）和遠離腫瘤的遠端淋巴組織（DLT）。PLT發(fā)生特異性代謝重塑：①谷氨酰胺耗竭（圖4f,i），伴隨谷氨酰胺轉運體SLC1A5及GLS酶上調驅動(dòng)谷氨酸積累（圖4g,h,j,k,l）；②脂肪酸代謝重編程：長(cháng)鏈不飽和脂肪酸（花生四烯酸/二十二碳六烯酸等）顯著(zhù)富集（圖4m-p），受合成基因FASN/SCD/ELOVL上調調控（圖4q-s）；③炎癥介質(zhì)生成：ALOX5AP上調促進(jìn)花生四烯酸向白三烯轉化（圖4t），而二十二碳六烯酸則作為抗炎介質(zhì)底物。此三重機制證實(shí)PLT通過(guò)剝奪谷氨酰胺和釋放特定脂質(zhì)介導免疫抑制，為腫瘤創(chuàng )造免疫豁免微環(huán)境。
圖4.胃癌腫瘤界面區域免疫代謝重編程的成像分析。a患者“0602號”癌癥組織切片區域。b基于圖譜聚類(lèi)算法著(zhù)色的Visium陣列點(diǎn)陣。c基于聚類(lèi)著(zhù)色的胃癌組織UMAP圖譜。d胃癌組織細胞簇注釋。e Visium陣列點(diǎn)陣與H&E染色圖像融合對比，比例尺=2毫米。H&E染色實(shí)驗重復三次。f、g整個(gè)胃癌組織切片及淋巴組織區域的谷氨酰胺與谷氨酸質(zhì)譜圖像，顏色標尺表示相對強度值。h整個(gè)胃癌組織切片及淋巴組織區域的GLS空間表達圖譜，顏色標尺表示log2轉換后的強度值。i-l不同胃癌組織切片中谷氨酰胺、谷氨酸、GLS基因及SLC1A5的表達水平。m-p MS圖像及花生四烯酸、二十二碳六烯酸、二十二碳五烯酸和二十二碳六烯酸在胃癌組織切片中的表達水平，顏色標尺顯示的是相對值。q-t空間圖像及FASN、SCD、ELOVL1和ALOX5AP在胃癌組織中的表達水平，顏色標尺顯示的是log2轉換后的數值。
本研究展示了如何整合空間分辨代謝組學(xué)（SM）、脂質(zhì)組學(xué)（SL）及轉錄組學(xué)（ST）來(lái)表征高度異質(zhì)性癌癥組織中復雜的腫瘤代謝重塑及其與腫瘤微環(huán)境的代謝相互作用，精準捕捉了腫瘤微環(huán)境中代謝物、脂質(zhì)和基因表達特征及其空間變化，并將其與不同代謝通路建立關(guān)聯(lián)。通過(guò)分析發(fā)現，癌癥相關(guān)的代謝依賴(lài)性和免疫代謝改變不僅有助于深入理解腫瘤的分子機制，還揭示了潛在的治療靶點(diǎn)，這些可作為癌癥治療的突破口。
數據來(lái)源：“質(zhì)譜成像”微信公眾號
中國醫學(xué)科學(xué)院藥物研究所天然藥物活性物質(zhì)與功能?chē)抑攸c(diǎn)實(shí)驗室賀玖明研究員/國家轉化醫學(xué)中心(上海)印彤教授團隊在《Acta Pharmaceutica Sinica B》期刊上發(fā)表了一篇題為“Spatial metabolomics highlights metabolic reprogramming in acute myeloid leukemia mice through creatine pathway”的研究論文，采用自主研發(fā)的空氣動(dòng)力輔助解吸電噴霧離子化（AFADESI）技術(shù)，實(shí)現了AML小鼠肝轉移灶內代謝物的高通量原位鑒定。揭示了AML腫瘤微環(huán)境中代謝重編程與相互作用機制，并進(jìn)一步篩選出具有抑制AML增殖和浸潤潛力的潛在藥物。（文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apsb.2024.07.004）
急性髓系白血?。ˋML）作為成人急性白血病首位，中位確診年齡高達68歲，60歲以上患者五年生存率不足10%，其臨床治療面臨嚴峻挑戰。尸檢顯示40%-75% AML病例存在肝浸潤，表明AML肝轉移的核心微環(huán)境對疾病進(jìn)展具有關(guān)鍵作用，但其中代謝調控機制長(cháng)期未知。深入研究發(fā)現，AML細胞具有獨特的能量代謝致命弱點(diǎn)——高度依賴(lài)氧化磷酸化（OXPHOS）而非糖酵解供能，這種代謝固執性構成其核心治療靶點(diǎn)。其代謝適應機制表現為合成/能量/表觀(guān)遺傳多維調控的氨基酸網(wǎng)絡(luò )重構，且OXPHOS依賴(lài)性獨立于遺傳異常，使AML對OXPHOS抑制劑高度敏感。本研究采用成熟的氣流輔助解吸電噴霧電離質(zhì)譜成像技術(shù) （AFADESI-MSI），重點(diǎn)分析AML小鼠的肝轉移情況。通過(guò)該技術(shù)可深入解析AML腫瘤微環(huán)境中代謝重編程與相互作用機制，并進(jìn)一步篩選具有抑制AML增殖和浸潤潛力的潛在藥物。
本研究采用C57BL/6J小鼠構建急性髓系白血?。ˋML）肝轉移模型，制備肝臟組織冷凍切片，進(jìn)行蘇木精-伊紅（H&E）染色。采用AFADESI-MSI技術(shù)進(jìn)行空間代謝組學(xué)分析，經(jīng)LC-MS/MS鑒定肝組織代謝物，通過(guò)4D-DIA技術(shù)對肝組織/細胞裂解液進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，用Spectronaut軟件處理數據，采用免疫組化定位關(guān)鍵蛋白分布。另采集6例急性髓系白血?。ˋML）患者和10例非白血病患者進(jìn)行代謝與轉錄組驗證，并對肌酸轉運蛋白（Slc6a8）抑制劑ompenaclid在細胞及動(dòng)物水平進(jìn)行功能實(shí)驗，所有數據經(jīng)GraphPad Prism 10統計分析。
研究通過(guò)AFADESI-MSI分析AML小鼠肝轉移切片，揭示腫瘤區域與周?chē)M織存在顯著(zhù)代謝差異。腫瘤病灶（TF）組與腫瘤周邊組織（PR）組間篩選并鑒定出100種差異代謝物，其分布模式呈組間分化，通過(guò)這些差異進(jìn)行代謝通路富集分析，結果顯示精氨酸生物合成、精氨酸及脯氨酸代謝等代謝途徑呈現富集現象（圖1B和C）。主成分分析證實(shí)TF與PR組代謝物聚類(lèi)分離（圖1D），超類(lèi)別歸類(lèi)表明差異代謝物以脂質(zhì)及類(lèi)脂分子（32.29%）和有機酸及其衍生物（27.08%）為主，凸顯腫瘤微環(huán)境代謝復雜性。
圖1 使用AFADESI-MSI技術(shù)對白血病小鼠體內內源性代謝物進(jìn)行空間代謝組學(xué)分析。(A)空間代謝組學(xué)方法與工作流程，旨在通過(guò)分子組織學(xué)特征鑒定代謝物。（B，C）對AFADESI-MSI數據進(jìn)行富集分析(B)和通路分析(C)，并使用MetaboAnalyst 6.0軟件結合KEGG數據庫對VIP值>1且P<0.05的顯著(zhù)差異表達代謝物進(jìn)行分析，以揭示潛在生物通路及相互作用。(D)基于A(yíng)FADESI-MSI數據的主成分分析（PCA）得分圖，對比腫瘤周?chē)鷧^域（PR）與腫瘤病灶（TF）的代謝特征。PR指腫瘤周?chē)鷧^域，TF指腫瘤病灶
為驗證質(zhì)譜成像結果，本研究采用非靶向代謝組學(xué)技術(shù)分析了轉錄因子、蛋白酶體及肝細胞相關(guān)代謝物。分析結果顯示，三組樣本間存在33種差異表達顯著(zhù)的代謝物?；贛SI與非靶向代謝組學(xué)數據的整合分析（圖S2A），前10條核心富集通路包括精氨酸生物合成、精氨酸/脯氨酸代謝、甘油磷脂代謝及嘌呤代謝（圖2B）。TOP20通路分析進(jìn)一步證實(shí)了組氨酸代謝、半胱氨酸/甲硫氨酸代謝及精氨酸相關(guān)通路的功能重要性。在KEGG二級分類(lèi)中，氨基酸代謝是兩種分析體系中最顯著(zhù)富集的代謝類(lèi)別。主成分分析（PCA）清晰顯示了三組樣本代謝表型的差異（圖2C）。重疊代謝物的對比分析揭示了精氨酸與脯氨酸代謝途徑的顯著(zhù)富集特征（圖2D, E），其熱力圖數據進(jìn)一步呈現了組間特異的聚集模式（圖2F, G）。這些結果凸顯了精氨酸和脯氨酸代謝通路在相關(guān)生物過(guò)程中的潛在核心作用。鑒于觀(guān)察到的顯著(zhù)代謝變化，研究團隊進(jìn)一步分析了TF、PR和HC組的蛋白質(zhì)表達（采用4D-DIA蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)），結果顯示肝臟轉移組織中蛋白質(zhì)組發(fā)生深刻改變，與代謝組學(xué)的結果一致。這些結果突出了精氨酸和脯氨酸代謝的重大破壞，表明這一代謝途徑可能在A(yíng)ML的腫瘤進(jìn)展中起著(zhù)至關(guān)重要的作用。
圖2 腫瘤組織代謝重編程的多組學(xué)分析。(A)非靶向代謝組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)工作流程示意圖。(B)富集分析展示空間代謝組學(xué)與非靶向代謝組學(xué)中顯著(zhù)通路，附其KEGG通路二級分類(lèi)總結。(C)基于非靶向代謝組學(xué)數據的主成分分析得分圖，對比健康對照組（HC）、腫瘤轉移組（TF）與轉移組（PR）的代謝特征。(D)維恩圖突出顯示空間代謝組學(xué)與非靶向代謝組學(xué)間共同顯著(zhù)差異代謝物。(E)空間代謝組學(xué)與非靶向代謝組學(xué)重疊顯著(zhù)差異代謝物的富集分析。（F，G）熱圖展示空間代謝組學(xué)(F)與非靶向代謝組學(xué)(G)的重疊代謝物分布模式。(I)對上文列出的下調（倍數變化<0.7；P值<0.05)和上調（倍數變化>1.5；P值<0.05)的重疊蛋白進(jìn)行基因本體論（GO）生物過(guò)程分析。(J)前20個(gè)富集的KEGG通路的匯總，重點(diǎn)聚焦代謝相關(guān)通路。PR：腫瘤周?chē)鷧^域；TF：腫瘤病灶；HC：健康對照組
本研究揭示急性髓系白血?。ˋML)小鼠肝轉移瘤（TF）病灶區呈現精氨酸與脯氨酸代謝通路的顯著(zhù)重編程。質(zhì)譜成像顯示TF內L-精氨酸與瓜氨酸富集（圖3B1, B6），但蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現精氨酸生物合成關(guān)鍵酶ASS1、ASL及傳統代謝途徑酶ARG1、OTC、Agmat表達均顯著(zhù)降低（圖3C1-6）。代謝重塑表現為精氨酸代謝流向肌酸通路的關(guān)鍵轉捩——肌酸合成中間體胍基乙酸減少而終產(chǎn)物肌酸升高（圖3B2-3），且肌酸利用關(guān)鍵酶CKB在TF中表達上調（圖3C9）。同時(shí)，多胺合成通過(guò)替代路徑代償性激活：亞精胺在TF內異常積累（圖3B4），該過(guò)程由上調的SMS/SRM酶介導（圖3C10-11），并伴隨S-腺苷甲硫氨酸（SAM）空間分布增強（圖3B5）。此外，脯氨酸代謝發(fā)生重構：谷氨酰胺水平下降（圖3B7），GLUL（合成酶）表達下調而GLS（分解酶）表達上調（圖3C12-13），驅動(dòng)谷氨酰胺流向脯氨酸合成；最終通過(guò)ALDH18A1/PYCR酶表達升高（圖3C15-18）導致L-脯氨酸在TF內特異性積累。該研究系統證實(shí)AML肝轉移瘤通過(guò)精氨酸向肌酸通路的轉捩、多胺合成的代償性激活及脯氨酸代謝重構實(shí)現了代謝適應性生存。
為驗證代謝重編程在急性髓系白血?。ˋML）發(fā)病機制中的作用。研究另采集了臨床樣本進(jìn)行代謝組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)驗證，實(shí)驗結果與小鼠模型高度一致。本研究從動(dòng)物模型到原發(fā)性AML樣本對AML的代謝重編程進(jìn)行了全面驗證，并強調了改變肌酸通路在A(yíng)ML病理生理學(xué)中的意義。
圖3 AML小鼠肝轉移灶中精氨酸與脯氨酸代謝重編程的可視化分析。A)空間代謝組學(xué)圖像結合蛋白質(zhì)組學(xué)數據，突顯了精氨酸與脯氨酸代謝通路及其擴展代謝網(wǎng)絡(luò )中的關(guān)鍵代謝物與酶類(lèi)。(B)（B1-B8）柱狀圖詳細展示了精氨酸與脯氨酸代謝通路中通過(guò)質(zhì)譜檢測到的代謝物豐度 水平。(C)（C1-C18）柱狀圖展示了精氨酸與脯氨酸代謝通路中關(guān)鍵酶類(lèi)的蛋白質(zhì)豐度。
腫瘤微環(huán)境中細胞互作依賴(lài)肌酸的局部生物合成與轉運，據此推測急性髓系白血?。ˋML）細胞的肌酸蓄積存在雙路徑：①通過(guò)GATM/GAMT酶從精氨酸-甘氨酸合成；②經(jīng)肌酸轉運體Slc6a8外排（圖4A）。ELISA檢測證實(shí)AML小鼠血漿肌酸水平顯著(zhù)高于健康對照組（圖5B），且腫瘤病灶（TF）組織內肌酸同步升高（圖4C），此現象與既往報道的CKB致癌作用及本研究發(fā)現的CKB在TF中RNA/蛋白水平上調一致（圖4D-E,G）。機制研究揭示：盡管腫瘤細胞內源性精氨酸合成抑制，但精氨酸轉運體SLC7A1在TF中表達上調，保障了精氨酸供給；同時(shí)肌酸合成底物甘氨酸的轉運體Slc6a9亦呈現上升趨勢。關(guān)鍵合成酶GATM/GAMT在TF的蛋白水平均升高，其中GATM的RNA表達顯著(zhù)增加（圖4F,H）；而肌酸轉運體Slc6a8在RNA及蛋白層面均持續上調（圖4F,I）。上述結果綜合表明，AML細胞通過(guò)協(xié)同激活肌酸雙路徑（合成酶上調+轉運體增強） 重塑能量代謝網(wǎng)絡(luò )，為靶向干預提供新方向。
圖4 通過(guò)生物合成與轉運機制增強AML小鼠肝轉移中肌酸代謝通路。(A)AML細胞通過(guò)兩種途徑積累肌酸：一是通過(guò)Gatm和Gamt酶從精氨酸和甘氨酸合成，二是經(jīng)肌酸轉運體Slc6a8轉運。（B，C）采用ELISA法檢測AML小鼠與健康小鼠血漿(B)及肝轉移灶(C)中的肌酸濃度。（D，E）通過(guò)ELISA法測定AML小鼠與健康小鼠血漿(D)及肝轉移灶(E)中的肌酸激酶B（Ckb）水平。(F)免疫組化分析比較腫瘤病灶與周?chē)鷧^域的Gatm、Gamt和Slc6a8表達差異。（G-I）采用qRT-PCR檢測AML小鼠肝轉移灶與健康小鼠中Ckb (G)、Gatm (H)及Slc6a8 (I)的相對mRNA表達量。
本研究通過(guò)體外實(shí)驗證實(shí)，多種AML細胞系（M4亞型C1498、MV4-11及M5亞型MOLM-13、THP-1）的增殖具有肌酸依賴(lài)性：添加5 mmol/L肌酸可促進(jìn)細胞增殖（如C1498在12小時(shí)、MOLM-13在48小時(shí)增殖率上升），而Slc6a8轉運蛋白抑制劑ompenaclid（10 mmol/L）通過(guò)阻斷肌酸攝取降低細胞內磷酸肌酸/ATP水平，顯著(zhù)抑制增殖（如THP-1在24小時(shí)持續抑制，C1498在48小時(shí)明顯下降），且不同亞型細胞響應時(shí)間存在差異（圖6A-D）。在A(yíng)ML小鼠模型（C1498-Luc/GFP）中，補充肌酸顯著(zhù)增加肝轉移灶（IVIS成像，圖6E/F），而ompenaclid治療組轉移灶輕微減少且無(wú)毒性副作用（體重、體溫、血液指標正常），表明肌酸直接驅動(dòng)腫瘤浸潤。進(jìn)一步的能量代謝分析揭示肌酸通過(guò)雙重路徑重編程代謝：在THP-1細胞中，肌酸增強氧化磷酸，具體表現為ATP生成量、最大呼吸速率、基礎呼吸速率及備用呼吸能力的增強。同時(shí)肌酸通過(guò)代償性糖酵解上調ECAR，而ompenaclid則抑制這些指標（圖7A/C/E/G）。在C1498細胞中，肌酸特異性激活氧化磷酸化（圖7B/D），而ompenaclid下調糖酵解（圖7F/H）。這些結果系統闡明：肌酸-Slc6a8軸通過(guò)協(xié)同提升OXPHOS和糖酵解，驅動(dòng)白血病細胞增殖、轉移及代謝適應性。靶向該通路可有效抑制腫瘤進(jìn)展，具有重要治療潛力。
本研究研究揭示了急性髓系白血?。ˋML）小鼠肝轉移灶中關(guān)鍵的代謝重編程機制，重點(diǎn)聚焦肌酸代謝通路。這些改變不僅支持轉移性白血病細胞的增殖，更為創(chuàng )新治療方案提供了新思路。通過(guò)抑制肌酸轉運蛋白Slc6a8，可破壞白血病細胞的能量穩態(tài)，從而顯著(zhù)抑制其轉移擴散。這一突破性發(fā)現為AML輔助治療開(kāi)辟了新方向，有望通過(guò)引入新型代謝通路實(shí)現精準干預。本研究不僅驗證了AFADESI技術(shù)在腫瘤微環(huán)境研究中的高通量、空間分辨能力，也為AML代謝靶向策略提供了新思路。
中國農業(yè)科學(xué)院棉花研究所棉花生物育種與綜合利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室李付廣團隊在《Nature Communications》上發(fā)表了一篇題為“Spatiotemporal transcriptome and metabolome landscapes of cotton somatic embryos”的研究文章。通過(guò)整合AFADESI空間代謝組學(xué)和單細胞RNA測序（scRNA-seq）、空間轉錄組學(xué)（ST）首次系統分析了棉花體細胞胚胎發(fā)生過(guò)程中關(guān)鍵基因的空間分布特征及代謝物的表達模式，并構建棉花體細胞胚胎發(fā)生過(guò)程基因數據庫，為解決棉花體外再生技術(shù)難題提供了高效解決方案，助力深入解析植物發(fā)育分子機制的深度解析。（文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-55870-6）
棉花作為全球核心經(jīng)濟作物，其遺傳改良受制于復雜耗時(shí)且基因型依賴(lài)的體細胞胚胎發(fā)生（SE）過(guò)程，然而當前棉花SE效率低下，核心瓶頸在于缺乏關(guān)于體細胞胚胎發(fā)生過(guò)程中基因表達模式重編程的精確細胞層面信息，而傳統轉錄組技術(shù)（RNA-seq）因無(wú)法解析單細胞異質(zhì)性及空間分辨率受限難以突破此困境；為此本研究采用多組學(xué)協(xié)同策略，通過(guò)單細胞RNA測序（scRNA-seq）繪制愈傷組織、球狀胚、魚(yú)雷胚和子葉胚四階段轉錄圖譜，同時(shí)采用AFADESI技術(shù)進(jìn)行空間代謝組學(xué)研究，整合空間轉錄組（ST）與空間代謝組（SM）實(shí)現關(guān)鍵基因與代謝物的原位共定位，并基于跨組學(xué)關(guān)聯(lián)構建基因-代謝物調控網(wǎng)絡(luò )，揭示SE不同階段的特異變化，為棉花遺傳轉化效率優(yōu)化提供全新視角。
本研究采用多組學(xué)整合策略解析棉花體細胞胚胎發(fā)育機制，選取非胚性愈傷組織(NEC)、胚性愈傷組織(EC)、球形胚(GE)、魚(yú)雷胚(TE)和子葉胚(CE)五個(gè)關(guān)鍵發(fā)育階段樣本。樣本經(jīng)OCT包埋冷凍切片，采用AFADESI-MSI技術(shù)進(jìn)行空間代謝組(SM)分析，基于10x GenomicsVisium平臺，通過(guò)組織透化、mRNA捕獲及Illumina測序實(shí)現空間基因表達譜解析，完成空間轉錄組（ST）分析。同時(shí)，制備酶解原生質(zhì)體懸液，使用10xChromium單細胞3’試劑盒進(jìn)行單細胞轉錄組(scRNA-seq)文庫構建和測序。驗證體系包含利用CRISPR/Cas9技術(shù)對關(guān)鍵基因(AATP1、DOX2)進(jìn)行敲除或過(guò)表達、采用LC-MS/MS靶向定量關(guān)鍵代謝物以及應用原位雜交(ISH)技術(shù)空間定位基因表達。數據分析方面，scRNA-seq數據使用Seurat包進(jìn)行UMAP降維聚類(lèi)與差異表達基因篩選，SM數據基于OPLS-DA模型鑒定差異代謝物，并整合ST、scRNA-seq和SM數據構建基因-代謝物關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò )。最終，所有整合數據存儲于支持多維查詢(xún)與分析的交互式數據庫(https://cotton.cricas.com.cn/somaticembryo/)。
本研究基于空間轉錄組（ST）技術(shù)，系統解析了棉花體細胞胚胎發(fā)育過(guò)程中基因的空間表達模式（圖1a-c）。研究選取球狀胚、魚(yú)雷胚和子葉胚三種胚胎組織進(jìn)行切片處理，并通過(guò)空間位點(diǎn)識別技術(shù)，成功鑒定出801~1217個(gè)高質(zhì)量位點(diǎn)。平均每個(gè)位點(diǎn)檢測6287~8001個(gè)表達基因。進(jìn)一步，利用均勻流形近似與投影（UMAP）方法，將檢測到的基因劃分為13個(gè)細胞簇，并將其映射回原始組織切片位置（圖1d-e）。此外，研究還繪制了各細胞簇中高表達基因的點(diǎn)圖（圖1f）；圖中顯示的簇特異性高表達基因，提示其可能參與調控特定細胞簇的發(fā)育功能。最后，研究人員在13個(gè)細胞簇中鑒定了差異表達基因（DEGs），并進(jìn)行了GO富集分析。結果顯示，與“胚胎后發(fā)育調控”相關(guān)的基因在子葉細胞（簇9）中顯著(zhù)富集，而與“生物脅迫防御響應”相關(guān)的基因則主要在皮質(zhì)細胞（簇 11）中高表達。這些發(fā)現表明，差異表達基因可能在體細胞胚胎發(fā)生（SE）的不同階段發(fā)揮著(zhù)特定的生理功能力。
圖1 棉花體細胞胚胎發(fā)生三個(gè)階段的空間分析。a-c為棉球形胚、魚(yú)雷胚和子葉胚經(jīng)蘇木精-伊紅（H&E）染色的切片。d UMAP可視化顯示體細胞胚胎細胞，每個(gè)數字代表不同細胞類(lèi)型，各色標記對應不同細胞類(lèi)型。e圖(d)中的所有聚類(lèi)均被映射到其空間位置，其中13個(gè)聚類(lèi)分別位于不同的組織區域。f點(diǎn)圖展示了各細胞聚類(lèi)中代表性標志基因的表達情況。
研究人員利用ST分析了棉花下胚軸誘導產(chǎn)生的愈傷組織，得到了六個(gè)細胞簇（圖2a）。通過(guò)對愈傷組織中細胞簇的分析，發(fā)現與維管組織標記基因 aintegumenta（ANT）同源的基因（Gh_A11G229400）和與干細胞形成相關(guān)基因 wuschel-related homeobox13（WOX13）同源的基因（Gh_A02G209400）在簇1中表達，表明簇1包含來(lái)自外植體的維管組織細胞和愈傷組織創(chuàng )始細胞。同樣，通過(guò)與已鑒定的愈傷組織細胞類(lèi)型的比較，確定簇1為“外植體維管組織和愈傷組織創(chuàng )始細胞_1”。此外，還對其他細胞簇中的標記基因進(jìn)行了分析和鑒定，并對差異表達基因（DEGs）進(jìn)行了GO分析，發(fā)現“外植體維管組織和愈傷組織創(chuàng )始細胞_3”和“愈傷組織細胞內層_5”（簇3和5）中的大多數DEGs主要參與對缺氧的響應和防御反應。
圖2 非胚胎性愈傷組織的空間分析。aUMAP可視化愈傷細胞分布圖。b HSC80.5、LTPG1.4、AOP1.23、PR-1.2、STH-2和PER42.1標記基因在callus_1和callus_2中的空間表達位置圖。c細胞簇中標記基因表達的散點(diǎn)圖，圓點(diǎn)大小代表該基因在細胞簇中的表達比例。
為解析棉花體細胞胚胎發(fā)育過(guò)程中基因表達與組織分化的關(guān)聯(lián)機制，研究者對球狀胚、魚(yú)雷胚及子葉胚三類(lèi)樣本進(jìn)行了九組空間切片分析，通過(guò)Pearson相關(guān)性評估揭示了發(fā)育階段間的遺傳調控網(wǎng)絡(luò )特征。在空間維度上對不同細胞簇差異表達基因（DEG）進(jìn)行功能注釋發(fā)現：空間定位1號區域中，維管組織標記基因WOX13的同源轉錄本在非胚胎形成愈傷細胞簇（簇1）呈現顯著(zhù)激活；而早期胚胎維管關(guān)鍵因子ATHB-8（Gh_D05G049400）與多能性獲得核心調控基因BBM（Gh_D08G251600）的同源序列在球狀胚細胞簇（簇1）中同步高表達?？臻g定位2號區域分析表明，表皮發(fā)育調控因子PDF1（Gh_D04G040400）及其胚胎命運決定基因WOX9的同源序列在胚胎前體細胞群中均表現出特異性轉錄激活。這些空間表達模式印證了特定細胞簇通過(guò)差異基因表達驅動(dòng)胚胎發(fā)育階段特化的生理功能分化。（圖示見(jiàn)補充圖3-11）
通過(guò)單細胞轉錄組測序技術(shù)對棉花體細胞胚胎發(fā)育過(guò)程進(jìn)行解析，研究人員在球形胚、魚(yú)雷胚和子葉胚階段分別獲得8842、9031和9037個(gè)高質(zhì)量單細胞，平均檢測基因數達1992-2339個(gè)。UMAP降維分析將細胞劃分為11個(gè)功能簇，其中簇2通過(guò)MPK3同源基因Gh_A05G087300的高表達被鑒定為表皮細胞亞群，該基因在擬南芥中已知參與表皮分化與胚胎發(fā)育調控?？臻g轉錄組與單細胞數據的強相關(guān)性驗證了分析可靠性，如簇3中生長(cháng)素響應基因AUX22和簇5中葉肉特征基因CYP87A3的共定位表達，揭示了不同細胞類(lèi)型在胚胎發(fā)育中的功能特化。這種多組學(xué)整合策略為解析棉花體細胞胚發(fā)育的分子機制提供了單細胞分辨率的關(guān)鍵證據。
圖3 棉花體細胞胚發(fā)育的單細胞分析，a球狀胚、魚(yú)尾胚和子葉胚中單細胞的減少與聚類(lèi)分析。b點(diǎn)圖展示了代表性標記物的表達情況。每個(gè)細胞簇中的基因。c不同細胞簇中代表性標記基因的表達情況。
為解析棉花體細胞胚胎發(fā)育的細胞分化路徑，研究團隊采用擬時(shí)序分析技術(shù)重構了不同類(lèi)型細胞的發(fā)育軌跡（圖4a）?。結果顯示，不同細胞簇在擬時(shí)序軌跡的分支節點(diǎn)呈現明確的空間分離特征（圖4b）?，且在發(fā)育時(shí)間軸上表現出三類(lèi)顯著(zhù)的基因表達模式（圖4c）?。值得注意的是，受精當天特異性激活的33個(gè)標志基因被成功鑒定，包括木葡聚糖內轉糖基化酶及乙烯合成關(guān)鍵酶ACC合酶等調控因子（圖4）?。進(jìn)一步的基因功能分析揭示：相較于受精前一日，受精當日上調的差異表達蛋白在?蛋白質(zhì)翻譯過(guò)程?（GO:0006412）及?核糖體小亞基組裝?（GO:0000028）等生物學(xué)功能中顯著(zhù)富集?。同時(shí)，研究還挖掘出參與纖維細胞早期發(fā)育的核心基因群，如調控鞘脂代謝的GhKSR1（通過(guò)影響超長(cháng)鏈脂肪酸合成促進(jìn)纖維伸長(cháng)）?，以及晝夜節律調控因子GhTCP14（通過(guò)協(xié)調線(xiàn)粒體代謝與蛋白翻譯活動(dòng)驅動(dòng)纖維生長(cháng)）?。這些發(fā)現為解析棉花胚胎發(fā)育與纖維形成的分子網(wǎng)絡(luò )提供了關(guān)鍵靶點(diǎn)?。
圖4 對受精前1.5天到受精后1天的所有棉花胚珠樣品進(jìn)行擬時(shí)序分析。a細胞簇在胚胎發(fā)育三個(gè)階段的分布情況，基 于偽時(shí)間軌跡呈現。b假時(shí)間軌跡按細胞簇顏色進(jìn)行區分標記基因在偽時(shí)間上的表達動(dòng)態(tài)與聚類(lèi)分析。
胚胎發(fā)生的初始階段在非胚性愈傷組織細胞向胚性細胞轉化過(guò)程中發(fā)揮決定性作用，ST數據揭示了多個(gè)高度表達基因與特定細胞簇相關(guān)聯(lián)，包括“非胚性愈傷組織”（第13組）、“前胚性細胞”（第6組）和“球形胚胎cell_10”（第10組），這些基因簇為細胞命運轉換提供了分子基礎?。原位雜交(ISH)分析顯示，ABC轉運蛋白G家族成員11(ABCG11)在球形和魚(yú)雷胚胎的內皮層中呈現優(yōu)勢表達（圖5b-d），該基因在擬南芥中編碼表皮脂質(zhì)轉運蛋白，表明其在植物胚胎脂質(zhì)運輸和保護屏障形成中的保守功能?。胚胎表皮的建立與維持對胚胎正常發(fā)育至關(guān)重要，在高等植物中，芽器官的表皮直接源于胚胎表皮，提供抵御生物和非生物脅迫的保護機制，確保了發(fā)育過(guò)程中的結構完整性??；赟T數據集，研究聚焦于“表皮細胞”（簇3）、“皮質(zhì)細胞_1”（簇3）和“皮質(zhì)細胞_12”（簇3）中表達的關(guān)鍵調控基因，以解析皮質(zhì)層和表皮細胞發(fā)育的分子調控網(wǎng)絡(luò )。富含半胱氨酸的受體樣蛋白激酶29(CRK29)作為受體樣激酶家族成員，在棉花“表皮細胞”及早期球形與魚(yú)雷胚胎表皮中均表現出顯著(zhù)表達，突出了其在表皮特異化中的潛在作用?。ISH結果進(jìn)一步證實(shí)，Gh_A13G249900（AHP3同源基因）在球形胚胎皮層中表達，并在魚(yú)雷和子葉胚胎皮層中廣泛分布，同時(shí)LBD12主要在魚(yú)雷胚胎皮層富集，這些結果一致性地驗證了細胞簇分類(lèi)的準確性和可靠性。
圖5 棉花中調節SE的特定基因的時(shí)空分析。a、e、i、m不同基因簇中ABCG11.16（Gh_D11G232500）、AHP3（Gh_A13G249900）、LBD12.3（Gh_A08G230200）和DOX2（Gh_A09G193100）標記基因表達的空間定位圖及小提琴圖譜。b、f、j、n為陰性原位雜交對照組.c、g、k、o為棉花體細胞胚胎中標記基因的ISH定位結果。d、h、l、p為所標示矩形切片的放大視圖。
研究人員通過(guò)空間轉錄組(ST)分析發(fā)現AAA-ATPase1(AATP1)在"球狀胚_10"（簇10）中特異性表達，DOX2在"前胚性細胞"（簇6）中顯著(zhù)富集。為驗證其功能，構建了三個(gè)過(guò)表達(OE)系和三個(gè)CRISPR/Cas基因編輯系。結果顯示，OE系中AATP1和DOX2表達水平顯著(zhù)增加，而CRISPR編輯系實(shí)現靶向敲低。表型分析發(fā)現，AATP1-CAS和DOX2-CAS愈傷組織在誘導30天后體積大于野生型(WT)，增殖速率更快；90天后呈現易碎胚性特征，分化率顯著(zhù)提升，細胞呈原始圓形或橢圓形。相反，AATP1-OE和DOX2-OE愈傷組織增殖緩慢，體積顯著(zhù)小于對照組，90天后硬化且無(wú)胚胎發(fā)生跡象，細胞伸長(cháng)顯示非胚性狀態(tài)。這些結果表明AATP1和DOX2通過(guò)負向調控愈傷組織增殖與胚性細胞轉化，影響體細胞胚胎發(fā)生進(jìn)程。AAA-ATP酶作為能量依賴(lài)的分子馬達，可能通過(guò)改變蛋白復合物構象參與細胞命運決定。
圖6 棉花愈傷組織發(fā)育的代表性標記基因的功能分析。a、b通過(guò)qRT-PCR檢測OE品系與對照材料中GhAATP1 (a)和GhDOX2(b)的相對基因表達量，以GhHIS作為內參基因。c AATP1-CAS、DOX2-CAS、對照組、AATP1過(guò)表達組和DOX2過(guò)表達組材料在初始愈傷組織誘導30天、60天及90天后，以及胚胎形成階段（EC/C）和胚胎期(E)的發(fā)育模式。比例尺=5毫米。d不同材料在初次誘導愈傷組織后30天的愈傷組織生長(cháng)速率。
本研究整合OPLS-DA代謝譜型分析與AFADESI-MSI技術(shù)，系統揭示了棉花體細胞胚胎發(fā)育過(guò)程中74種差異代謝物（DPMs）在26條代謝通路內呈現組織特異性分布。子葉區域特異性富集L-精氨酸（C00062）、N-氨基甲酰腐胺（C00436）及吲哚-3-乙醛（C00637），驅動(dòng)精氨酸-脯氨酸代謝通路主導胚胎器官建成。皮層區域顯著(zhù)富集亞油酸（C00062）、(S)-β-氨基異丁酸（C03284）及D-蘋(píng)果酸（C00497），共同調控脂質(zhì)代謝與微環(huán)境應激響應。維管組織特異性積累亞精胺（C00315）與異丁香酚（C10469），支撐多胺生物合成過(guò)程?？缃M織代謝網(wǎng)絡(luò )分析進(jìn)一步顯示，子葉區域的二氫玉米素（C02029）激活了玉米素/嘌呤代謝通路。該通路與皮層區域富集的L-天冬氨酸（C00049）、L-組氨酸（C00135）協(xié)同作用，共同調控組氨酸代謝通路。這些相互作用共同協(xié)調了棉花胚胎的器官發(fā)生程序。所有空間代謝圖譜結果均通過(guò)液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS/MS）進(jìn)行了平行驗證，確證了AFADESI-MSI技術(shù)在亞器官分辨率下，對包括脂質(zhì)、TCA循環(huán)、氨基酸、核苷酸等在內的8大類(lèi)代謝通路具有廣泛的覆蓋能力和可靠的定量性能。
整合空間代謝組（SM）與空間轉錄組（ST）數據聯(lián)合分析，研究發(fā)現多胺合成關(guān)鍵基因（SPDSYN1, SPMS）在球狀胚特異性高表達，其表達峰值與胚內精胺/亞精胺蓄積顯著(zhù)正相關(guān)，標志二者為球狀胚發(fā)育特征代謝物。子葉胚中茉莉酸合成基因OPR11顯著(zhù)激活，指示茉莉酸為子葉胚發(fā)育動(dòng)態(tài)因子。KEGG通路解析表明，DOX2通過(guò)α-雙加氧酶活性催化α-亞麻酸（C06427）生成2(R)-HPOT，結合SM顯示魚(yú)雷胚期α-亞麻酸含量驟降，共同證實(shí)DOX2負調控α-亞麻酸合成以保障正常發(fā)育?？缙脚_數據一致驗證多胺-茉莉酸代謝軸的階段特異性切換對棉花胚胎形態(tài)建成具決定性作用。
圖7 發(fā)育中棉花體細胞胚胎代謝物的空間分布分析.a選取正離子掃描模式下的部分代謝特征指數（MSIs），用于標記不同發(fā)育階段樣本的組織區域。這些代謝特征指數并不代表特定代謝物。b棉花體細胞胚胎代謝網(wǎng)絡(luò )。該代謝網(wǎng)絡(luò )基于與不同發(fā)育階段相關(guān)的動(dòng)態(tài)代謝模塊（DPMs）構建而成。胚胎發(fā)育。數字代表KEGG注釋?zhuān)伾珜嚓P(guān)代謝通路。實(shí)線(xiàn)表示單步反應， 虛線(xiàn)表示兩步或更多步驟的反應。c 體細胞胚胎中L-精氨酸、二氫玉米素和玉米素的MSI。
本研究基于多時(shí)期采樣策略，結合空間轉錄組學(xué)、空間代謝組學(xué)和單細胞轉錄組學(xué)技術(shù)，系體闡明了棉花體細胞胚胎發(fā)育全周期中特定組織和細胞類(lèi)型相關(guān)的轉錄組及代謝變化。研究鑒定了AATP1和DOX2等關(guān)鍵調控因子，并構建了可搜索的網(wǎng)絡(luò )資源數據庫（https://cotton.cricaas.com.cn/somaticembryo/），為棉花遺傳轉化和育種提供了重要參考。功能分析表明AATP1和DOX2在棉花體細胞胚胎發(fā)生過(guò)程中具有負調控作用，為深入理解棉花體細胞胚胎發(fā)生的分子機制提供了新視角。研究揭示了α-亞麻酸作為纖維伸長(cháng)標志性代謝物的關(guān)鍵作用，同時(shí)發(fā)現α-酮戊二酸、L-天冬氨酸、脂肪酸代謝物、胺類(lèi)物質(zhì)、生長(cháng)素及油菜素內酯類(lèi)似物等多種代謝物在棉花纖維早期發(fā)育中的重要作用。
