一组基因表达图谱现已被收录在马克斯・普朗克斑马鱼大脑(mapzebrain)图谱中。研究人员以单细胞分辨率绘制了斑马鱼整个大脑的基因表达。

当一个人穿越崎岖的地形时，地图就会派上用场。它们还有助于研究人员研究大脑的复杂组织。马克斯・普朗克生物智能研究所的科学家们为斑马鱼的大脑绘制了一套新的地图。他们用单细胞分辨率测定了数百个基因的活性，并将这些图谱组装成交互式图谱。在线资源支持研究人员在这种脊椎动物的大脑周围找到方法，并为神经结构和功能提供了新的见解。

一个复杂的脑细胞网络(神经元)使斑马鱼能够感知环境，找到食物或交配伴侣，并逃脱捕食者。所有这些细胞都拥有相同的遗传信息，但它们具有不同的功能。正是某些基因的表达――将遗传信息复制到信使RNA并将其翻译成蛋白质的过程――决定了神经元的形状、连通性和行为中的作用。具有相似特性的神经元属于同一类型。据估计，在鱼的大脑中，即使没有数千种，也有数百种不同的类型。类似的数字也适用于人脑。

了解哪些基因在哪里表达，有助于研究人员了解大脑的功能以及它如何控制斑马鱼的行为。然而，在特定行为下的神经元细胞类型是出了名的难以解开，而帮助科学家在大脑中找到方向的地图有许多空白点。

“我们以前只有关于斑马鱼大脑基因表达的有限信息，”Herwig Baier部门的博士后研究员Inbal Shainer解释说。“这些数据的分辨率很低，无法与最新的细胞类型和大脑结构图相结合。我们现在的工作填补了这一空白。”

为了减少现有图谱中的空白点，Inbal Shainer、Enrico Kuehn和他们的同事使用了一种方法，使单个基因的表达在显微镜下可见。这种方法足够灵敏，能够以非常高的分辨率检测整个斑马鱼大脑中基因表达的差异――精确到单细胞水平。

根据获得的数据，研究人员为每个基因准备了一个表达图谱，并将数百个这些图谱合并成一个图谱。新的基因表达图谱与马克斯・普朗克斑马鱼大脑(mapzebrain)图谱的现有数据无缝集成，其中包含大脑结构、细胞类型和细胞之间连接的信息。通过观察这些特征和基因表达的结合，科学家可以更全面地了解信息是如何在斑马鱼大脑中处理的。

例如，研究人员研究了环境刺激如何改变cfos基因的表达――一种高度活跃的神经细胞的标志。当一只年轻的斑马鱼进食时，大脑中检测猎物和控制狩猎运动的区域，以及一组与下丘脑外侧相连的细胞中，cfos基因的表达增加，下丘脑外侧是一个参与发出饥饿和饱腹感信号的大脑区域。

“将基因表达纳入mapzebrain已经为我们提供了令人兴奋的新见解。后续实验将证明我们发现的细胞是否真的能发出饱腹感信号，”分子生物学家Enrico Kuehn说。

斑马鱼图集是一个开源的在线工具，研究团体不断地为现有的数据集提供数据。科学家可以在线检查和分析图像，将图像下载到他们的设备上，或者将地图集与其他在线工具连接起来。

Herwig Baier所在部门的研究人员乐观地认为，随着更多的基因和更详细的脑细胞图谱被添加进来，mapzebrain图谱将继续增长。下一步，研究小组的目标是包括最近通过电子显微镜获得的神经元电路信息。“将不同的数据集结合起来，使斑马鱼研究界对大脑功能的遗传基础有了全新的认识。这将使我们能够更好地理解大脑是如何发育和运作的，”Inbal Shainer总结道。

A single-cell resolution gene expression atlas of the larval zebrafish brain