該(gai)方法的(de)(de)本質是(shi)使(shi)用(yong)(yong)以前批量RNA測序數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)分析來定義跨物(wu)(wu)(wu)種基(ji)因對(dui)(dui)(dui)（即，共表達(da)代(dai)理），這(zhe)些(xie)基(ji)因對(dui)(dui)(dui)可以應(ying)用(yong)(yong)于更(geng)具體(ti)但更(geng)稀(xi)疏(shu)的(de)(de)單細胞(bao)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)。通(tong)過利用(yong)(yong)由16000多(duo)個公開可用(yong)(yong)的(de)(de)RNA測序數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)集構建(jian)的(de)(de)穩健共表達(da)網(wang)絡(luo)，以及OrthoDB v11的(de)(de)基(ji)因系統(tong)發育(yu)，共表達(da)代(dai)理準確(que)反映了它(ta)們(men)從10,11中(zhong)提取的(de)(de)每個物(wu)(wu)(wu)種對(dui)(dui)(dui)的(de)(de)潛在生(sheng)物(wu)(wu)(wu)學，同時共表達(da)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)和(he)基(ji)因系統(tong)發育(yu)識別了擴展(zhan)一(yi)對(dui)(dui)(dui)一(yi)基(ji)因空間的(de)(de)基(ji)因對(dui)(dui)(dui)，改善了已知細胞(bao)類型之間的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)整(zheng)合和(he)比對(dui)(dui)(dui)，并突出了物(wu)(wu)(wu)種之間的(de)(de)新細胞(bao)（圖1-a）。通(tong)過進一(yi)步(bu)的(de)(de)改進整(zheng)合，此方法也(ye)成功能(neng)夠在它(ta)們(men)的(de)(de)scRNA-seq數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)中(zhong)識別新的(de)(de)和(he)保守的(de)(de)細胞(bao)類型。

圖(tu)1

第一(yi)個“物(wu)種”是通(tong)過隨(sui)(sui)機選(xuan)擇一(yi)半(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)和一(yi)半(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)組(zu)(zu)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。對(dui)于(yu)這(zhe)(zhe)些細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)，基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)組(zu)(zu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)后(hou)半(ban)部分(fen)被移除(chu)。然后(hou)，取出剩余的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)，這(zhe)(zhe)些細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)將(jiang)成(cheng)(cheng)為(wei)第二個“物(wu)種”，并(bing)去除(chu)第一(yi)組(zu)(zu)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)中(zhong)存在(zai)(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)半(ban)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)組(zu)(zu)（圖(tu)2-a）。接(jie)著，確(que)定(ding)(ding)(ding)了兩(liang)(liang)個子集基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)組(zu)(zu)之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)共(gong)(gong)(gong)表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)代(dai)理(li)(li)(li)(li)，找(zhao)到(dao)了具(ju)有(you)相(xiang)(xiang)似表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)譜(pu)(pu)(pu)(pu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)對(dui)。例如(ru)，所選(xuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)共(gong)(gong)(gong)表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)代(dai)理(li)(li)(li)(li)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)AT1G16150與靶基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)AT1G1610的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)譜(pu)(pu)(pu)(pu)非常匹(pi)配。相(xiang)(xiang)比之(zhi)下，來自同(tong)一(yi)直系(xi)同(tong)源家(jia)族的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)被排斥基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)AT4G31100具(ju)有(you)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)譜(pu)(pu)(pu)(pu)（圖(tu)2-b）。最(zui)后(hou)，使用(yong)(yong)(yong)Scanorama v1.7.113以(yi)及(ji)(ji)找(zhao)到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)共(gong)(gong)(gong)表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)代(dai)理(li)(li)(li)(li)對(dui)擬南芥(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)據集進行重(zhong)新整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)和重(zhong)新聚(ju)類，將(jiang)82%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)與兩(liang)(liang)個數(shu)(shu)據集的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)組(zu)(zu)合(he)(he)(he)在(zai)(zai)一(yi)起(qi)（圖(tu)2-c），其(qi)(qi)中(zhong)75%匹(pi)配了相(xiang)(xiang)同(tong)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)類型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)。為(wei)了評估(gu)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)代(dai)理(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)功在(zai)(zai)多(duo)大(da)程(cheng)度上(shang)取決于(yu)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)系(xi)統(tong)發育的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)信息(xi)，以(yi)及(ji)(ji)有(you)多(duo)少(shao)信息(xi)來自共(gong)(gong)(gong)表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)保守譜(pu)(pu)(pu)(pu)，我(wo)(wo)(wo)們試圖(tu)使用(yong)(yong)(yong)每(mei)個直系(xi)同(tong)源組(zu)(zu)中(zhong)被拒(ju)絕(jue)最(zui)差的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)代(dai)理(li)(li)(li)(li)（即(ji)共(gong)(gong)(gong)表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)最(zui)低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)代(dai)理(li)(li)(li)(li)）整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)數(shu)(shu)據集，細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)功匹(pi)配率降低到(dao)65%（圖(tu)2-d）。為(wei)了確(que)定(ding)(ding)(ding)單獨(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)序(xu)列相(xiang)(xiang)似性是否足夠(gou)，我(wo)(wo)(wo)們計算(suan)了每(mei)個擬南芥(jie)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)對(dui)蛋白質序(xu)列相(xiang)(xiang)似性，并(bing)試圖(tu)用(yong)(yong)(yong)它(ta)來鑒定(ding)(ding)(ding)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)代(dai)理(li)(li)(li)(li)。雖(sui)然能夠(gou)比隨(sui)(sui)機表(biao)(biao)(biao)現更好，但在(zai)(zai)重(zhong)新整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)分(fen)割數(shu)(shu)據集方面，這(zhe)(zhe)一(yi)指標比共(gong)(gong)(gong)表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)更差，并(bing)且完全無(wu)法(fa)(fa)重(zhong)新整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)某些集群。最(zui)后(hou)，我(wo)(wo)(wo)們嘗試使用(yong)(yong)(yong)1900個隨(sui)(sui)機基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)對(dui)進行整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)，發現我(wo)(wo)(wo)們無(wu)法(fa)(fa)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)（圖(tu)2-e）。進一(yi)步評估(gu)我(wo)(wo)(wo)們的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)共(gong)(gong)(gong)表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)代(dai)理(li)(li)(li)(li)，我(wo)(wo)(wo)們評估(gu)了被拒(ju)絕(jue)和選(xuan)定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)對(dui)在(zai)(zai)每(mei)個基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)(ji)礎上(shang)在(zai)(zai)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)類型中(zhong)顯示相(xiang)(xiang)同(tong)表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)程(cheng)度。發現，在(zai)(zai)不同(tong)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)類型中(zhong)，被接(jie)受的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)共(gong)(gong)(gong)表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)代(dai)理(li)(li)(li)(li)更接(jie)近靶的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)譜(pu)(pu)(pu)(pu)，而被拒(ju)絕(jue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)代(dai)理(li)(li)(li)(li)平(ping)均距(ju)離靶的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)高83%（圖(tu)2-f）。這(zhe)(zhe)表(biao)(biao)(biao)明(ming)，與同(tong)一(yi)正交組(zu)(zu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)其(qi)(qi)他基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)相(xiang)(xiang)比，共(gong)(gong)(gong)表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)代(dai)理(li)(li)(li)(li)在(zai)(zai)表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)譜(pu)(pu)(pu)(pu)上(shang)與其(qi)(qi)靶基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)更相(xiang)(xiang)似。此(ci)外，運用(yong)(yong)(yong)此(ci)方法(fa)(fa)在(zai)(zai)13種植物(wu)物(wu)種之(zhi)間(jian)(jian)生成(cheng)(cheng)了共(gong)(gong)(gong)表(biao)(biao)(biao)達(da)(da)(da)代(dai)理(li)(li)(li)(li)，并(bing)在(zai)(zai)物(wu)種之(zhi)間(jian)(jian)平(ping)均鑒定(ding)(ding)(ding)出5750個基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)對(dui)（圖(tu)2-g）。

使(shi)(shi)(shi)用(yong)共(gong)表(biao)(biao)(biao)(biao)達(da)代(dai)(dai)理(li)(li)，成(cheng)(cheng)功地(di)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)了玉米(mi)和(he)水稻數(shu)據集(ji)（主要針對(dui)四(si)種廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)類(lei)型(xing)），將36%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)與(yu)兩個(ge)(ge)數(shu)據集(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)準確地(di)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)成(cheng)(cheng)簇（圖3-a）。其余的(de)(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)差異(yi)很大(da)，在不同(tong)物(wu)種中仍然(ran)表(biao)(biao)(biao)(biao)現為(wei)(wei)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)亞群。雖然(ran)這遠未達(da)到100%，但確實存在真正的(de)(de)(de)(de)(de)(de)跨(kua)物(wu)種差異(yi)，因(yin)(yin)此尚不清楚最(zui)大(da)合(he)(he)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)百分(fen)比(bi)是(shi)多少。重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)，整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)比(bi)僅(jin)使(shi)(shi)(shi)用(yong)1-1個(ge)(ge)基(ji)因(yin)(yin)對(dui)要好，后者只整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)了14%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)（圖3-b）。為(wei)(wei)了逐個(ge)(ge)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)類(lei)型(xing)評(ping)估整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)情況，使(shi)(shi)(shi)用(yong)了MetaNeighbor v3.19，量化細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)類(lei)型(xing)在統(tong)計(ji)框架(jia)中跨(kua)數(shu)據集(ji)復制(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)程(cheng)度。比(bi)較了使(shi)(shi)(shi)用(yong)scGen的(de)(de)(de)(de)(de)(de)四(si)種集(ji)成(cheng)(cheng)——利用(yong)共(gong)表(biao)(biao)(biao)(biao)達(da)代(dai)(dai)理(li)(li)和(he)1-1基(ji)因(yin)(yin)，僅(jin)使(shi)(shi)(shi)用(yong)共(gong)表(biao)(biao)(biao)(biao)達(da)代(dai)(dai)理(li)(li)，僅(jin)使(shi)(shi)(shi)用(yong)1-1個(ge)(ge)基(ji)因(yin)(yin)和(he)使(shi)(shi)(shi)用(yong)隨機基(ji)因(yin)(yin)（圖3-c）。可(ke)以看出，單獨的(de)(de)(de)(de)(de)(de)共(gong)表(biao)(biao)(biao)(biao)達(da)代(dai)(dai)理(li)(li)、單獨的(de)(de)(de)(de)(de)(de)1-1對(dui)和(he)組合(he)(he)都能(neng)(neng)準確、相似地(di)將不同(tong)物(wu)種的(de)(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)類(lei)型(xing)分(fen)組。雖然(ran)對(dui)于(yu)這種廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)類(lei)來(lai)說很微妙，但當用(yong)MetaNeighbor進(jin)(jin)行評(ping)估時(shi)，完(wan)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)共(gong)表(biao)(biao)(biao)(biao)達(da)代(dai)(dai)理(li)(li)集(ji)在所(suo)有細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)類(lei)型(xing)中都比(bi)其任何一(yi)個(ge)(ge)部分(fen)集(ji)成(cheng)(cheng)得更(geng)(geng)好，反映了來(lai)自共(gong)表(biao)(biao)(biao)(biao)達(da)代(dai)(dai)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)額外信息。因(yin)(yin)為(wei)(wei)這是(shi)一(yi)個(ge)(ge)專注于(yu)明確對(dui)齊的(de)(de)(de)(de)(de)(de)驗(yan)證，所(suo)以性(xing)能(neng)(neng)通常會從高(gao)到更(geng)(geng)高(gao)。為(wei)(wei)了評(ping)估增加的(de)(de)(de)(de)(de)(de)已知基(ji)因(yin)(yin)對(dui)空間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)效(xiao)用(yong)，將共(gong)表(biao)(biao)(biao)(biao)達(da)代(dai)(dai)理(li)(li)替換為(wei)(wei)隨機對(dui)，并跟蹤性(xing)能(neng)(neng)改(gai)進(jin)(jin)（圖3-d）。對(dui)于(yu)大(da)多數(shu)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)類(lei)型(xing)，性(xing)能(neng)(neng)穩(wen)步提高(gao)到接近1，表(biao)(biao)(biao)(biao)明5000個(ge)(ge)共(gong)表(biao)(biao)(biao)(biao)達(da)代(dai)(dai)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)典(dian)型(xing)數(shu)量足以整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)跨(kua)物(wu)種數(shu)據。進(jin)(jin)一(yi)步查明共(gong)表(biao)(biao)(biao)(biao)達(da)代(dai)(dai)理(li)(li)，發現它們通常代(dai)(dai)表(biao)(biao)(biao)(biao)核心保守功能(neng)(neng)，如光(guang)合(he)(he)作(zuo)用(yong)、線(xian)粒(li)體(ti)蛋(dan)白和(he)核糖體(ti)代(dai)(dai)謝（圖3-e）

整合(he)跨物(wu)種單細胞數(shu)據(ju)是植物(wu)發育、進化和(he)分子生物(wu)學領域越來越普遍的(de)目標。為了促進這(zhe)一過(guo)程，使用共表達代理(li)(li)可以擴大可用于(yu)整合(he)的(de)基因空間。這(zhe)些代理(li)(li)列表為改善(shan)單細胞數(shu)據(ju)的(de)整合(he)提供了重(zhong)要資(zi)源(yuan)，加(jia)速了知識從研究(jiu)良好的(de)模式生物(wu)向對全球糧(liang)食供應(ying)至(zhi)關重(zhong)要的(de)作(zuo)物(wu)系(xi)統的(de)轉移。