单细胞测序技术在单细胞水平上的概况 2021-09-28 09:00:26
单细胞测序技术是指在单细胞水平上,通过全基因组或转录组扩增,对核酸分子进行高通量测序的技术。该技术能够揭示单个细胞的基因结构和基因表达水平,反映细胞间的异质性,剖析单个细胞对生态系统或有机体的贡献。1990 年,Iscove 等首次提出对单细胞进行转录组分析的构想,并用 PCR 技术实现了对cDNA分子的指数级扩增。1992 年,Telenius 等开发出寡核苷酸引物PCR的方法,用简并寡核苷酸序列扩增基因组,为单细胞测序提供了思路。直到 2001 年,Dean 等首次使用随机六聚体引物和φ29DNA 聚合酶进行反应实现了DNA的滚环扩增, 随后Raghunat和Lasken 等于2005年发明了多重置换扩增技术, 实现了对单细胞全基因组的扩增与测序。但此时的单细胞扩增技术在覆盖度和扩增偏好性方面有明显的局限性,随后一些研究者致力于克服这些问题。例如,于2017年使用DNA聚合酶的热稳定突变体提高了单细胞基因组测序的覆盖度 ;哈佛大学谢晓亮团队于2012年发明了多次退火环状循环扩增技术,通过拟线性的扩增过程降低了指数扩增的序列偏好性。发展至今,单细胞测序技术在神经生物学、微生物学、胚胎发育、器官发生和免疫学研究中取得了广泛应用,临床上也已用于辅助生殖和肿瘤的诊断与治疗。Nature Methods于 2011年将单细胞研究方法列入最值得关注的技术领域,又于 2013 年将相关应用列为年度最重要的方法学进展 ;近日 Nature再次将单细胞测序技术评为 2020 年度最受期待的技术之一。相比扩增子测序和宏基因组测序,单细胞扩增和测序技术有其独特的不可替代的优点。
扩增子测序是指对微生物的特定基因进行测序,传统针对 16S rDNA、18S rDNA 或 ITS(内转录间隔区)基因进行的扩增子测序虽然可以满足检测微生物群落多样性的需求,但这种方法很难准确鉴定到属以下的分类等级,也无法深入探究物种的功能信息。宏基因组测序又称环境基因组测序或群落基因组测序,直接对样本中所有微生物的全基因组进行测序,可以同时对物种和功能基因做出鉴定,也有助于发掘潜在代谢途径。然而该方法容易忽视某些稀有种,且测序结果的组装也始终是一大难题。如果说宏基因组数据集是捕获整个群落信息的一张巨网,那么单细胞测序方法则是分离目标基因组的“手术刀”和深入探究目标群落的“放大镜”,能不断细化、深化我们对微生物群落的认识。
出自《单细胞测序技术在微生物生态领域中的应用》作者王丹蕊,沈文丽,魏子艳。
上一篇: 单细胞测序技术推动肿瘤治疗的未来
下一篇: 单细胞分离与全基因组扩增