单细胞内转录本的种类和空间分布多样，全面分析多种转录本对深入研究细胞异质性和复杂疾病的发生机制至关重要。原位荧光成像可以在单细胞水平实现转录本单分子的可视化。然而，现存方法存在检测通道受限问题，主要是由于光谱重叠导致单次可分辨的光谱数仅有4-6种。此外，基于扩增的原位成像方法存在外加引物导致的非特异扩增问题。
针对上述问题，西安交通大学生命学院生命分析化学与仪器研究所赵永席教授团队构建了多级DNA分支组装编码的荧光纳米梯，发展目标转录本自引发扩增编码成像策略，攻克了外加引物造成的非特异扩增问题，突破了光谱通路限制，实现了单细胞内多种转录本的同时特异成像分析。该方法的核心设计是拥有核酶活性的环状探针和灵活可编程的分支条码。首先环状核酶探针可特异切断目标转录本，从而实现转录本的自引发扩增，消除了原位成像中非特异性扩增带来的成像噪音。其次扩增产物上的DNA分支组装编码了多种虚拟信号，最终仅使用两个检测光谱通道实现了九种转录本的同时成像。通过对不同乳腺细胞系中多种转录本的同时成像分析，揭示了癌症相关的靶标基因与癌症进程间的潜在关联。此外，该方法可以通过增加检测通道数目和分支条码上编码区的重复次数，从而拓展实现超高多重的成像分析。
（A）环状核酶探针和分支DNA条码探针的设计概念图
（B）多级组装编码的荧光纳米梯用于单细胞转录本成像的原理图
该研究工作以《多级DNA分支组装编码的荧光纳米梯用于单细胞转录本的成像分析》（Hierarchical DNA branch assembly-encoded fluorescent nanoladders for single-cell transcripts imaging）为题在国际权威期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上在线发表。西安交通大学生物医学信息工程教育部重点实验室为该论文的唯一单位，博士生曹晓文为第一作者，赵永席教授和陈锋教授为通讯作者。
赵永席教授团队主要从事单细胞分析、高通量测序、人工智能与生物大数据分析、微流控芯片、蛋白工程等研究工作。近三年，团队在单细胞核酸分析领域开展了系列原创工作，相关研究成果已发表在《化学研究评述》（Accounts of Chemical Research）、《自然通讯》（Nature Communications）、《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）、《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）、《核酸研究》（Nucleic Acids Research）等权威期刊。
论文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkac1138
赵永席教授研究团队主页链接：http://gr.xjtu.edu.cn/web/yxzhao