一、选题背景和意义：
什么是空间转录组测序？空间转录组学是指从一个完整的组织样本中产生全部的转录组数据，从而能够定位和区分功能基因在特定组织区域内的活跃表达，为研究和诊断提供宝贵见解。
近年来空间转录组的研究逐渐受到广大研究学者的青睐，其不仅可以提供研究对象的转录组等数据信息，同时还能定位其在组织中的空间位置，这对于癌症发病机制，神经科学，发育生物学等众多领域的研究都有重要意义
组织细胞的转录组分析通常是对活检组织取样后所进行的均质化RNA测序分析，这种方式将会导致最终获取的转录组信息为整个样本组织的平均读数，同时也丢失了细胞转录组在原有组织中的空间位置信息，然而组织中基因表达的空间位置信息对于研究组织功能和病理学变化是非常重要的。因此，开发出一种可以对组织切片进行高分辨率空间转录组学分析的测序方法和技术有利于更好地研究组织内细胞的基因表达和组织病理学分子机制，以至于更全面地理解组织器官功能。
二、课题关键问题及难点：
目前已经有几篇关于该课题的开创性的论文，但它们关键思想是使用参考性标记基因图谱作为指导，将空间坐标分配给测序细胞，这样的方法在很大程度上依赖于用于空间表达模式的广泛参考数据库的存在，而该参考数据库可能并不总是可用或无法直接构建。
此外，在实践中，可用的参考标记基因的数量通常不足，不能用参考基因的不同组合标记每个空间位置，从而不可能唯一地解析细胞位置。更普遍的是，标记基因即使可以得到，也只能传达有限的信息，而单细胞数据的结构可能会丰富这些信息。
三、文献综述（或调研报告）：
单细胞测序技术是一种在单细胞水平上对基因组、转录组、表观组等进行高通量测序分析的技术。单细胞测序技术能够在组学水平揭示细胞间的异质性。常规单细胞转录组测序技术因为需要分离组织从而丢失了细胞在原组织中至关重要的空间位置信息，然而组织中基因表达的空间位置信息对于研究组织功能和病理学变化是非常重要的。因此，开发出一种可以对组织切片进行高分辨率空间转录组学分析的测序方法和技术有利于更好地研究组织内细胞的基因表达和组织病理学分子机制，以至于更全面地理解组织器官功能。
有两篇开创性的论文在计算上解决了这个问题，它们的关键思想是使用参考性标记基因图谱作为指导，将空间坐标分配给测序细胞。但是，这样的方法依赖于现有的空间表达数据库，而该参考数据库信息目前十分缺乏。此外，在具体分析实验中，可用的参考标记基因的种类数量通常不足，不能用参考基因的不同组合标记每个空间位置，使得实验结果不统一。
于是莫·尼赞等人开发了一种名为novoSpaRc的计算框架（如图所示），该框架输入的是从分离细胞中测序的单细胞转录组谱的矩阵，输出是选定形状的虚拟组织，可以查询该组织以表达数据中量化的所有基因。他们首先假设物理上接近的细胞倾向于共享相似的转录图，从生物学上讲，这种物理表征可以由多种机制产生，例如氧气浓度，成形素和营养素的梯度，细胞发育的轨迹以及相邻细胞之间的信号交流。他们表明对于成熟生物体中的各种组织或早期发育中的整个胚胎而言，表达空间中各个细胞之间的距离正比于它们的物理距离。因此，为了预测测序细胞的空间位置，需要寻求测序细胞与组织空间的对应关系，以便保留总体的结构。他们首先为表达空间和物理空间构建的图形的每对单元格计算距离，以说明数据的基础结构。然后，novoSpaRc可以在表达数据和物理空间的几何特征之间最佳地对齐成对的细胞之间的距离，其方式与标记基因的空间表达谱一致。
