上海
近日，Cell Reports Methods期刊在线发表了题为Spatially resolved synaptic connectome mapping with FISH-decodable CASS barcodes的研究论文。该研究由临港国家实验室、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心徐华泰研究组完成。该研究开发了一种名为CASS（Combination of Artificial Short Sequences，组合式人工短序列）的新型DNA条形码系统，结合狂犬病毒单突触示踪技术，实现了在保持组织空间结构完整的前提下，对神经突触连接进行高精度、低成本的空间分辨连接组图谱绘制。
连接组学旨在绘制神经网络的连接图谱，但如何在细胞分辨率下同时获得连接信息与空间位置信息，一直是该领域面临的重大挑战。传统的测序型条形码方法虽然通量高，但需要将组织解离，导致每个标记细胞的空间坐标丢失；而基于电子显微镜或原位测序的方法虽然能保留空间信息，却成本高昂、技术门槛高。针对这一方法学空白，该研究重新设计了条形码架构，使其能够通过FISH（荧光原位杂交）进行解码。
该研究首先通过计算机模拟生成并筛选出24条20bp的人工短序列作为条形码的基本元件，每条条形码由8条短序列组合而成，理论多样性达6561种。随后，研究人员将CASS条形码整合到狂犬病毒载体中，利用狂犬病毒单突触逆向传播的特性，结合8轮FISH杂交、成像和光漂白循环，在标准共聚焦显微镜上实现了对条形码的自动化解码。该方法无需组织解离，可在保留细胞空间位置的同时，识别与起始细胞直接相连的上游输入细胞。（图1）
图1. 本文图文摘要
研究人员将该方法应用于小鼠初级视觉皮层（V1）的连接组研究，在3只小鼠中成功识别了1532对突触连接，解码效率达89.3%。分析结果揭示了皮层内连接的层特异性规则：深层神经元接收的输入细胞数量显著多于浅层神经元；皮层-皮层连接与皮层-丘脑连接表现出不同的区域偏好性。这些发现与经典新皮层环路结构相吻合，同时提供了单细胞水平的空间精细度。
该研究进一步探索了CASS条形码与现有原位杂交技术的兼容性。研究人员将CASS条形码与EASI-FISH结合，实现了对突触连接细胞的内源基因表达检测，为未来将连接组学与分子分型相结合奠定了基础。此外，该条形码的理论多样性还可通过增加短序列数量进一步提升，方法具有较好的可扩展性。
临港国家实验室徐华泰研究员为该论文的主要通讯作者；中科院脑科学与智能技术卓越创新中心朱益君博士为第一作者，研究助理王亚倩为共同作者。 此外，金磊研究员、徐春研究员、徐圣进研究员也为本课题提供了技术帮助和指导。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.crmeth.2026.101579
制版人：十一
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