分析基因表達，我們有很多選擇：qPCR、芯片和RNA-Seq。然而，大多數表達分析往往只關注一個參數：轉錄本豐度。它們既不能提供空間信息，即特定RNA位于何處；也不能確定細胞之間表達水平的差異，因為細胞群體的研究讓這一信息丟失。

原位雜交（ISH）這種顯微鏡方法解決了這兩個問題。它利用標記的核酸探針來確定組織及細胞中DNA或RNA的空間位置和豐度。這種方法有兩種形式，熒光（FISH）和顯色（CISH）。之前，FISH和CISH一直是定性的：要么陽性，要么陰性。隨著技術的發展，定量版本也被開發出來。

單分子熒光原位雜交（smFISH）是一種新的基因表達分析方法，能報告轉錄本豐度和空間定位。但到目前為止，smFISH還不能實現基因組范圍的分析。如今，瑞士蘇黎世大學的研究人員報告了一種策略，讓smFISH也插上高通量的翅膀。

蘇黎世大學分子生命科學研究所的Lucas Pelkmans領導了這項研究。他解釋道，傳統的smFISH有兩個主要缺點，阻礙了它的高通量應用。首先，它產生相對較弱的信號，信噪比不太高。其次，它不能擴展，因為它需要高的放大倍數，長的成像時間，并且每個轉錄本的條件需要優化。

傳統的smFISH利用一系列短的寡核苷酸來檢測轉錄本，每個寡核苷酸上標記有一個熒光基團。這樣，mRNA上就有足夠濃度的熒光分子，產生可見的光點，但通常只有在60x或100x放大倍數下，使用油浸、大數值孔徑的透鏡才行。

Pelkmans及其團隊以支鏈DNA（branched DNA）為基礎開發了他們的方法。在這一策略中，15對寡核苷酸探針靶定一個特定的mRNA。這些探針將作為一級preamplifier探針的著陸墊，又為一些二級的amplifier探針提供了結合位點，最后是一組三級的標記探針。

Pelkmans解釋道，這就像在轉錄本上種下了15顆雜交探針的樹。這種方法產生了放大的信號，亮度增加100倍，信噪比也提高3倍，而成像時間比傳統方法大大縮短。

憑借這種強烈的信號，研究小組將實驗過程自動化。他們建立了928個人類基因的支鏈DNA庫，并用培養的HeLa細胞進行了檢驗。在這一過程中，他們使用384孔板，每孔用一個探針，并使用相同的雜交和洗滌條件。雜交之后，他們以40x放大倍數對每孔中約1萬個細胞進行成像，并利用內部開發的算法來提取轉錄本豐度和空間特征，例如，斑點靠近細胞膜，還是細胞核，集中還是分散。他們總共收集了18個空間變量，并利用計算機集群來評估它們與基因調控的關系。

數據表明，那些表現出相似的空間特征和相似的細胞間差異的基因，也更有可能具有相似的功能作用。

“事實證明，那些空間特征實際上提供了更多信息，可預測基因之間的功能性相互作用，”Pelkmans解釋道。

大家都認為，單細胞水平的轉錄充滿噪音。也就是說，細胞質中兩個遺傳上完全相同的細胞可能有著完全不同的轉錄本數量。然而，蛋白水平不一定反映這種轉錄本豐度。Pelkmans認為，生物過程的可靠性有可能源于mRNA亞細胞定位的調節，而他們的數據也支持這一觀點。如今，他們的目標是直接檢驗這一假說，以確定“轉錄本的空間結構是否緩沖了轉錄噪音”。

霍華德•休斯醫學研究所的項目科學家Timothee Lionnet認為這項研究是“自動化的力作”。他談道：“他們將FISH技術帶到了多重PCR或RNA-Seq技術所達到的通量?！?SPAN lang=EN-US>

據Lionnet介紹，這項技術的一個明顯延伸是多重檢測每個細胞中的多個轉錄本。兩家推出支鏈DNA技術的公司，Affymetrix和Advanced Cell Diagnostics，目前已經提供多重的FISH探針。據Life Technologies介紹，它將在11月開始銷售ACD的smFISH試劑。

之前，加州理工學院的化學家蔡龍（Long Cai）也介紹了一種超分辨率條形碼技術，能檢測每個細胞中32個不同轉錄本2。他們利用smFISH技術將單個mRNA與包含獨特熒光基團組合的寡核苷酸探針進行了雜交，隨后利用超分辨率顯微鏡計數了這些熒光條形碼mRNA。

Pelkmans的團隊觀察到總體上與RNA-Seq的數據有著良好的一致性，但每個細胞的轉錄本數量沒那么高。他們稱之為“天花板效應”。此外，這種技術還不能有效檢測核轉錄本，不過研究人員在固定液中加入乙酸，能減輕這種影響。