用途:scVelo 是单细胞 RNA 测序 RNA 速率分析的主流 Python 包,通过建模 mRNA 剪接动力学,利用未剪接(pre-mRNA)与已剪接(成熟 mRNA)丰度之比判断基因在各细胞中上调或下调,从而在无需时间序列数据的情况下重建发育轨迹、识别细胞命运决定。
主要能力:支持随机、确定性与动力学三种速率模型;可计算速率图、潜在时间与速率伪时间;进行驱动基因分析、速率置信度与速率长度评估;绘制速率流图、箭头图、相图与热图;结合 PAGA 构建轨迹图。动力学模型可输出转录率 fit_alpha、剪接率 fit_beta、降解率 fit_gamma 等参数。
使用方式:安装命令 pip install scvelo。数据需为含 layers["spliced"] 与 layers["unspliced"] 的 AnnData,可由 velocyto、STARsolo 或 kallisto|bustools 的 lamanno 模式生成。典型流程为:scv.pp.filter_and_normalize 预处理,sc.pp.neighbors 与 scv.pp.moments 计算矩,scv.tl.velocity 估计速率,scv.tl.velocity_graph 构建图,再按需运行 scv.tl.recover_dynamics、scv.tl.latent_time、scv.tl.rank_velocity_genes 等。
适用场景:发育生物学中的造血、神经发生、上皮间质转化建模;祖细胞与下游命运预测;为 UMAP 嵌入补充方向信息;驱动基因识别。
限制:需要未剪接读段覆盖,短读长(<100 bp)可能不足;建议至少 2000 个细胞;动力学模型计算量大,约 10K 细胞需 10–30 分钟;结果依赖 k-NN 带宽与模型选择,需结合已知生物学校验。文档:https://scvelo.readthedocs.io/;GitHub:https://github.com/theislab/scvelo;论文:Bergen et al. (2020) Nature Biotechnology,PMID: 32747759。