Basic Information
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英文标题：Does a cell’s gene expression always reflect its function?
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文章作者：M. Neşet Özel | Claude Desplan
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文章链接：https://www.nature.com/articles/d41586-025-00088-1
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需要牢记的是，分类学的目的（无论是细胞类型还是物种）并不是要解释所有可观察到的表型多样性，而是要提供一个实用且逻辑一致的参考框架。生物学中的一个主要讨论点是如何区分细胞类型与更短暂的细胞状态，因为两者都可能体现在差异基因表达上。
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自从近200年前细胞被确立为生命的基本单位以来，生物学家一直致力于表征和分类构成每个器官和生物体的无数不同细胞类型。自19世纪神经科学家圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔（Santiago Ramón y Cajal）绘制神经元的图像以来，大脑一直被认为是最复杂的器官，尽管当时区分神经元的唯一标准是形态（形状）。在过去的十年里，科学技术飞速发展，使得研究人员可以通过记录神经元的活动模式来对其进行功能分类，并根据其表达的基因进行分子分类。然而，
目前对大多数神经系统中的细胞在分子、形态和功能描述之间仍存在脱节。
近日，Shainer等人在《自然》（Nature）杂志上撰文，描述了他们在斑马鱼（Danio rerio）大脑的视觉处理区域尝试弥合这一差距的大胆研究。
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目前，
关于如何定义细胞类型尚无共识
，而这种分歧不仅限于神经元。
体内的每个细胞都有特定的功能，因此，任何不以功能为标准的定义都是片面的。
然而，要全面测试每个细胞的确切功能是不现实的，并且细胞的功能可能会发生变化和适应，特别是在神经元中。过去十年中，单细胞RNA测序（scRNA-seq）的兴起，使得研究人员能够鉴定和量化大量单个细胞中的RNA转录本，从而为其基因表达（即转录组）提供无偏快照。最新的scRNA-seq研究表明，哺乳动物大脑可能包含数千甚至数万种分子上不同的神经元类型，这种多样性远远超出了先前分类尝试的预测。
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为了建立分子和功能性细胞类型之间的联系，Shainer等人对大约40,000个来自视顶盖（optic tectum）的神经元进行了scRNA-seq。视顶盖是大脑的一个区域，直接接收来自视网膜神经元的输入，并在脊椎动物中进化保守。他们据此将转录组分类为66种“转录组类型”（t-types），这些类型应该能够代表视顶盖神经元的大部分分子多样性。尽管scRNA-seq可以在整个基因组范围内采样信使RNA（mRNA），但它需要将细胞从组织中分离，因此会丢失空间信息。
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因此，作者还使用了一种称为杂交链式反应（hybridization chain reaction）的技术，在完整组织中检测有限数量的mRNA。这两种方法的结合极具优势：通过聚焦scRNA-seq识别出的差异表达标记基因，作者能够确定大多数t-types在视顶盖中的空间分布（见图1）。随后，他们记录了视顶盖神经元对与行为相关刺激的功能性反应。由于斑马鱼幼体是透明的，因此可以使用荧光传感器光学检测神经元内的钙离子浓度，而钙离子浓度的增加表明神经元的活动增强。
图1 | 斑马鱼（Danio rerio）大脑中的神经元。 Shainer等人对视顶盖（optic tectum）这一视觉处理中心的神经元进行了分类，并基于其RNA转录本表达情况，将其划分为“转录组类型”（t-types）。研究结果表明，t-type 并不总是能反映神经元在功能或形态（形状）上的分类，但它与神经元在视顶盖中的位置相关。荧光标记显示了两种不同的t-type。（改编自参考文献1的图6。）
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