The ability to slow or reverse biological ageing would have major implications for mitigating disease risk and maintaining vitality1. Although an increasing number of interventions show promise for rejuvenation2, their effectiveness on disparate cell types across the body and the molecular pathways susceptible to rejuvenation remain largely unexplored. Here we performed single-cell RNA sequencing on 20 organs to reveal cell-type-specific responses to young and aged blood in heterochronic parabiosis. Adipose mesenchymal stromal cells, haematopoietic stem cells and hepatocytes are among those cell types that are especially responsive. On the pathway level, young blood invokes new gene sets in addition to reversing established ageing patterns, with the global rescue of genes encoding electron transport chain subunits pinpointing a prominent role of mitochondrial function in parabiosis-mediated rejuvenation. We observed an almost universal loss of gene expression with age that is largely mimicked by parabiosis: aged blood reduces global gene expression, and young blood restores it in select cell types. Together, these data lay the groundwork for a systemic understanding of the interplay between blood-borne factors and cellular integrity.

Abstract Deciphering spatial domains using spatially resolved transcriptomics (SRT) is of great value for the characterizing and understanding of tissue architecture. However, the inherent heterogeneity and varying spatial resolutions present challenges in the joint analysis of multi-modal SRT data. We introduce a multi-modal geometric deep learning method, named stMMR, to effectively integrate gene expression, spatial location and histological information for accurate identifying spatial domains from SRT data. stMMR uses graph convolutional networks (GCN) and self-attention module for deep embedding of features within unimodal and incorporates similarity contrastive learning for integrating features across modalities. Comprehensive benchmark analysis on various types of spatial data shows superior performance of stMMR in multiple analyses, including spatial domain identification, pseudo-spatiotemporal analysis, and domain-specific gene discovery. In chicken heart development, stMMR reconstruct the spatiotemporal lineage structures indicating accurate developmental sequence. In breast cancer and lung cancer, stMMR clearly delineated the tumor microenvironment and identified marker genes associated with diagnosis and prognosis. Overall, stMMR is capable of effectively utilizing the multi-modal information of various SRT data to explore and characterize tissue architectures of homeostasis, development and tumor.