作為“在單個細胞水平上對基因組進行測序”的單細胞測序技術能夠解決上述難題。與傳統(tǒng)的全基因組測序相比，單細胞測序不僅測量基因表達水平更加精確，而且還能檢測到微量的基因表達子或罕見非編碼RNA，其優(yōu)勢是全方位和多層次的。與此同時，測序巨頭相繼推出新一代測序儀，為單細胞測序提供利器，越來越多與單細胞測序有關的研究也發(fā)表在頂級期刊上，這些都表明，單細胞測序已逐漸成為科研熱點。本文小編就單細胞測序應用及技術實例進行了梳理，與大家一起學習進步。

單細胞測序應用及技術實例

單細胞測序技術應用于癌癥無創(chuàng)診斷

PNAS雜志在線發(fā)表了北京大學生命科學學院生物動態(tài)光學成像中心謝曉亮、白凡課題組與北大腫瘤醫(yī)院王潔團隊合作的研究結果。他們通過單細胞基因測序手段首次報道了對于癌癥病人單個外周血循環(huán)腫瘤細胞的全基因組、外顯子組測序結果，此項研究對于揭示癌癥轉(zhuǎn)移的分子機制具有重要意義，同時還為無創(chuàng)癌癥診斷提供了一種新的技術手段。腫瘤的轉(zhuǎn)移是導致癌癥病人死亡的主要原因。

研究過程中研究人員意外地發(fā)現(xiàn)來自同一個病人的不同 CTC 都展現(xiàn)出高度一致的全基因組拷貝數(shù)變化模式，和同一病人的轉(zhuǎn)移位腫瘤組織的拷貝數(shù)變化模式一致。這種現(xiàn)象在肺腺癌和小細胞肺癌的病人中都得到了驗證。此外，在不同的肺腺癌病人中， CTC 展現(xiàn)的全基因組拷貝數(shù)變化模式具有高度的相似性。腫瘤的異質(zhì)性長期以來被當作是惡性腫瘤的重要特征。 首次在 CTC 中觀察到的高度一致的拷貝數(shù)變異模式將會改變傳統(tǒng)上對腫瘤異質(zhì)性的理解，揭示了特定的拷貝數(shù)變異在腫瘤形成及轉(zhuǎn)移中發(fā)揮了重要的作用。

進一步研究發(fā)現(xiàn)，小細胞肺癌患者的拷貝數(shù)變異模式與那些肺腺癌患者明顯不同，展現(xiàn)出癌種之間一定的特異性。這種特異性可能跟腫瘤發(fā)展、轉(zhuǎn)移所處的微環(huán)境相關。這項發(fā)現(xiàn)為將來基于 CTC 拷貝數(shù)變異來進行癌癥病人分型提供了理論基礎。

單細胞測序新方法研究原發(fā)性血小板增多癥獲進展

國際著名雜志Cell在線刊登了武漢大學生命科學學院研究人員的最新研究成果“Single-Cell Exome Sequencing and Monoclonal Evolution of a JAK2-Negative Myeloproliferative Neoplasm，”，文章中，研究者研發(fā)出了一種解析單細胞基因組的新方法，該研究同時登上了當期Cell研究的新亮點。

該文章的并列第一作者宋盧挺，系首批加入武漢大學——華大基因聯(lián)合培養(yǎng)創(chuàng)新班的七名同學之一，于2010年3月赴深圳華大基因研究院從事基因組學研究工作。聯(lián)合培養(yǎng)期間，宋盧挺充分利用華大基因研究院作為全球最大基因組學研究中心的平臺優(yōu)勢，積極把握各種學習和鍛煉的機會，在2010年的第五屆國際基因組大會（ICG-V）上作主題報告，最終成長為華大基因研究院癌癥單細胞研究的負責人。

在本項研究中，以宋盧挺為項目負責人的研究團隊研發(fā)了一種解析單細胞基因組的新方法，并將該方法應用于原發(fā)性血小板增多癥（ET）的腫瘤內(nèi)部遺傳特征研究，在腫瘤研究上獲得突破性進展。

此單細胞測序新方法是遺傳異質(zhì)性腫瘤的高精度、全面評估的一個非常優(yōu)秀的研究工具，為從單核苷酸水平深入研究癌癥發(fā)生、發(fā)展機制及其診斷、治療提供了新的研究思路。這種新方法和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為鑒定與腫瘤發(fā)展相關的候選基因提供了科學依據(jù)，也必將會推動癌癥的遺傳機理和生物學過程更深入的研究。此外，這一新方法還可被廣泛用于其他重要的生物研究領域，如組織器官內(nèi)細胞基因組的異質(zhì)性研究、干細胞的異質(zhì)性研究、生殖細胞的遺傳重組研究、胚胎的植入前遺傳學診斷研究等

多重退火和成環(huán)循環(huán)擴增技術（Multiple Annealing and Looping-Based Amplification Cycles， MALBAC）

由哈佛大學終身教授、美國科學院院士謝曉亮（Sunney Xie）教授研發(fā)的多重退火和成環(huán)循環(huán)擴增技術，降低PCR擴增偏倚，使得單細胞中93%的基因組能夠被測序。這種方法使得檢測單細胞中較小的DNA序列變異變得更容易，因此能夠發(fā)現(xiàn)個別細胞之間的遺傳差異。這樣的差異可以幫助解釋癌癥惡化的機制，生殖細胞形成機制，甚至是個別神經(jīng)元的差異機制。技術論文：Genome-Wide Detection of Single-Nucleotide and Copy-Number Variations of a Single Human Cell

技術簡介：PCR擴增具有偏好型而且基因組具有大量的冗余，造成了基因組測序準確性不高。謝曉亮研發(fā)的MALBAC技術能從一個細胞的基因組中，分離出來自單細胞的DNA，然后添加稱作引物的短DNA分子。這些引物可與DNA的隨意部分互補，從而使得它們能夠附著到DNA鏈上，充當DNA復制起點。

這些引物由兩個部分構成——一個包含8個核苷酸的粘性部分變化多樣，可與DNA結合，再加上一個包含27個核苷酸的共同序列。這一共同序列可防止DNA太 多次拷貝，大大地降低了擴增偏倚。通過將自身摻入到新拷貝鏈，從而自身成環(huán)，防止了過度拷貝。利用這種方法，進行與加入的引物的DNA復制時，可以完成高 達93%的基因組測序。

基于芯片實驗室技術的單細胞測序

由斯坦福大學Stephen Quake研發(fā)的基于芯片實驗室技術的單細胞測序，是基于lab on a chip開發(fā)，本技術設計了一種路線，用液體載運細胞通過一連串顯微管道和微閥門，當細胞挨個進入各自的小空位時，它們的DNA就會被提取出來，經(jīng)過復制用于進一步分析。

此外，本技術不僅能分離細胞，還能用化學試劑將細胞混合起來，通過檢測反應過程中的熒光發(fā)射獲得它們的基因編碼。所有這些都能在芯片上完成，不僅操作簡單，而且成本效益高。

Stephen Quake已利用此技術完成了第一例人類單細胞測序，現(xiàn)在他正利用這項技術研究精子細胞中的重組并分析突變率。技術論文：Genome-wide Single-Cell Analysis of Recombination Activity and De Novo Mutation Rates in Human Sperm