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由于细胞是复杂的动力学系统，因此对细胞行为进行建模需要能够捕捉细胞如何随时间、环境和干预而演化的方法。显微成像特别适合这一目标，因为它可以在活细胞的原生环境中应用。然而，活细胞显微成像在表型分辨能力方面的特征仍未得到充分刻画，尤其是在与分子测定方法相比时。本文提出了一个多模态扰动图谱：在 A549 细胞中，对 1,000 个 pooled CRISPR 基因敲除进行了分析，并通过荧光显微成像（39 个活细胞标记、13 个固定细胞标记）、对同一批活细胞进行的无标记相位成像，以及单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）进行表征。总计约 5,700 万个单细胞谱型的数据产生了丰富的细胞生物学特征，能够映射单个基因的功能。我们发现，相位成像在表型分辨率上可与荧光成像和 scRNA-seq 相当；并且在具有足够细胞覆盖的情况下，其表现优于二者，同时还能捕捉到 scRNA-seq 无法解析的更高阶通路组织。这些结果确立了内在形态作为细胞状态高精度读出方式的地位，并为活细胞表型轨迹的分析奠定了基础。
manuel.leonetti{at}biohub.org
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由于细胞是复杂的动力学系统，对细胞行为进行建模需要能够捕捉细胞如何随时间、环境和干预而演化的方法。显微成像特别适合这一目标，因为它能够在活细胞的天然环境中应用。然而，活细胞显微成像对表型的解析能力仍未得到充分表征，尤其是在与分子检测方法相比较时。在此，我们构建了一个多模态扰动图谱，涵盖 A549 细胞中 1,000 个池化 CRISPR 基因敲除，并通过荧光显微镜（39 个活细胞标记、13 个固定细胞标记）、对同一活细胞进行的无标记相位成像，以及单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）进行表征。总计约 5,700 万个单细胞谱，持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。
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CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议
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发布于 2026 年 6 月 2 日。
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多模态扰动图谱界定细胞形态的表型分辨率。
Chad Liu， Alexander Hillsley， Madhurya Sekhar， Cassidy A Jones， Gabriel Sturm， Taihei Fujimori， Diane M Wiener， Karen W Cheng， Talon Chandler， Duo Peng， Leah C Dorman， Ilakkiyan Jeyakumar， Max Frank， Alexander Lin， Ivan E Ivanov， Greg Courville， Chris B Charlton， Eduardo Hirata-Miyasaki， Sydney Ripsky， Lin Luan， Ziwen Liu， Trang Le， Yiyun Rao， Giovanni Palla， Vincent Turon-Lagot， Miguel Cid-Rosas， Carolina Arias， Norma F Neff， Alan R Lowe， Shalin B Mehta， Loic A Royer， Rafael Gomez-Sjoberg， Manuel D Leonetti
bioRxiv 2026.06.01.728087； doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.01.728087
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多模态扰动图谱界定细胞形态的表型分辨率。
Chad Liu， Alexander Hillsley， Madhurya Sekhar， Cassidy A Jones， Gabriel Sturm， Taihei Fujimori， Diane M Wiener， Karen W Cheng， Talon Chandler， Duo Peng， Leah C Dorman， Ilakkiyan Jeyakumar， Max Frank， Alexander Lin， Ivan E Ivanov， Greg Courville， Chris B Charlton， Eduardo Hirata-Miyasaki， Sydney Ripsky， Lin Luan， Ziwen Liu， Trang Le， Yiyun Rao， Giovanni Palla， Vincent Turon-Lagot， Miguel Cid-Rosas， Carolina Arias， Norma F Neff， Alan R Lowe， Shalin B Mehta， Loic A Royer， Rafael Gomez-Sjoberg， Manuel D Leonetti
bioRxiv 2026.06.01.728087； doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.01.728087
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.01.728087v1?rss=1
🏷️ 细胞形态表型 多模态扰动图谱 活细胞显微成像 CRISPR基因敲除 单细胞RNA测序