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细胞命运决策由转录组、染色质组和蛋白质组层面的动态协调所塑造。时间序列单细胞多组学检测如今能够在多个发育阶段对这些分子层面进行分析，但每个细胞仍然只能被观测一次，而连接离散快照的连续多组学轨迹仍未得到解析。因此，一个核心挑战是联合整合配对的组学测量结果，同时重建其共同的发育进程。本文提出多组学命运推断（Multi-Omics Fate Inference，MOFI），这是一种动态约束的多组学整合框架，旨在从跨多个时间点采集的配对多组学快照中重建连续的细胞命运转变。MOFI在统一框架内联合建模组学特异性状态动力学、组学间对应关系以及共享的群体增长过程，从而实现跨组学扰动响应分析，并识别候选的跨组学转化程序。在模拟基准数据以及配对的RNA-ATAC/RNA-蛋白质时间序列数据集上，MOFI重建了与观测测量结果一致的连续命运转变、群体动力学和跨组学变化。在肾类器官中，MOFI捕捉到了肾单位谱系定 specification 过程中协调的RNA-ATAC进程。在造血祖细胞中，MOFI预测了对扰动具有响应性的谱系重新分布，并提出了连接转录模块与蛋白质水平响应的多组学转化程序。在神经发育系统中，MOFI解析了人类皮层发育过程中脑类器官的渐进式成熟以及中间神经元谱系分配。总体而言，MOFI提供了一种以动力学为基础的方法，可将离散的配对多组学快照转换为可解释的细胞命运演进、扰动响应与跨组学转换分析模型。
pjzhou{at}pku.edu.cn
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摘要
细胞命运决策由转录组、染色质和蛋白质等层面的动态协调共同塑造。近年来，时间序列单细胞多组学检测技术使得研究者能够在多个发育阶段对这些分子层面进行 profiling；然而，每个细胞仍然只能被观测一次，连接离散观测快照的连续多组学轨迹尚未得到解析。因此，一个核心挑战在于：如何联合整合配对的组学测量结果，同时重建其共同的发育进程。为此，我们提出多组学命运推断（Multi-Omics Fate Inference，MOFI），这是一种具有动态约束的多组学整合框架，旨在从跨多个时间点采集的配对多组学快照中重建连续的细胞命运转变过程。MOFI在统一框架下联合建模组学特异性状态动力学、组学间对应关系以及共享的群体增长过程，从而能够开展跨组学扰动响应分析，并识别候选的跨组学转化程序。在模拟基准数据以及配对的 RNA-ATAC/RNA-蛋白质时间序列数据集上，MOFI重建了与观测测量结果一致的连续命运转变、群体动态和跨组学变化。在肾脏类器官中，MOFI捕捉到了肾单位谱系特化过程中协调一致的 RNA-ATAC 进程。在造血祖细胞中，MOFI预测了扰动响应性的谱系重新分配，并提出了连接转录模块与蛋白质水平响应的多组学转化程序。在神经发育系统中，MOFI解析了人类皮层发育过程中脑类器官的渐进式成熟以及中间神经元的谱系分配。总体而言，MOFI
提供了一种以动力学为基础的方法，可将离散的配对多组学快照转化为可解释模型，用于分析细胞命运进程、扰动响应及跨组学转换。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
脚注
https://github.com/jiantaoShen12/MOFI
基金资助信息
中国国家自然科学基金，12288101、8206100646、T2321001
中国教育部基础与交叉学科突破计划，JYB2025XDXM502
广东省基础研究重大项目，2026B0303000003
版权声明
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该文依据 CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议提供。
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发布于 2026 年 10 月 16 日。
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MOFI 揭示细胞命运进程中的动态多组学协同
Jiantao Shen、Zhenyi Zhang、Hao Peng、Qiangwei Peng、Zihan Wang、Rui Liu、Peijie Zhou
bioRxiv
2026.10.09.757904；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.10.09.757904
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MOFI 揭示细胞命运进程中的动态多组学协调机制
Jiantao
Shen
Zhenyi
Zhang
Hao
Peng
Qiangwei
Peng
Zihan
Wang
Rui
Liu
Peijie
Zhou
bioRxiv
2026.10.09.757904；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.10.09.757904
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关键词：单细胞多组学 · 细胞命运推断 · 动态轨迹重建 · 转录组-染色质组整合 · 多组学数据分析
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.09.757904v1?rss=1