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中美团队联合研发出高通量单细胞转录组测序新方法
2020年05月12日    作者: 王春霞 陈拥军    发布 : 化学科学部

在国家自然科学基金项目(项目编号:21927806 和21735004)等资助下,厦门大学杨朝勇研究团队与美国斯坦福大学Richard N. Zare等团队合作,在高通量单细胞转录组测序新方法新器件研究方面取得重要进展。相关研究成果以Highly parallel and efficient single cell mRNA sequencing with paired picoliter chambers (基于皮升级腔室配对的高效单细胞mRNA并行测序方法)为题于2020年4月30日在线发表于Nature Communications (https://doi.org/10.1038/s41467-020-15765-0)。

(论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-15765-0)。

单细胞转录组测序技术在单个细胞水平上对转录组进行高通量测序分析,从而揭示单个细胞内所有基因的表达和细胞间的异质性。单细胞转录组测序目前存在的挑战是如何高效地操控单个细胞,如何对大量的低拷贝数mRNA进行无偏倚扩增,如何避免背景游离mRNA的污染,以及如何同时对大量的单细胞进行并行测序以降低成本。

针对上述挑战,杨朝勇课题组与合作者开发了一种全新的高通量单细胞转录组测序新方法(Paired-seq)。他们设计了一种基于差异流阻原理及微阀微泵控制的高效单细胞/单微珠捕获与操控的微流控芯片,实现了对痕量细胞样本的高效率单细胞捕获,该芯片集成了微阀微泵结构,实现了微量反应体系的主动快速混合、交换以及对单细胞的清洗,提高了细胞的裂解效率并有效地清除了溶液中背景游离RNA,大大降低了游离RNA的污染。

Paired-seq利用DNA编码技术,使每个细胞内的基因带上独一无二的细胞标签和分子标签,实现了对大量单细胞同时操控测序,通过标签信息对不同细胞来源的信息进行区分,保证每个细胞转录组信息的独立性,同时通过分子标签对mRNA分子表达量进行数字化统计,消除了序列差异导致的扩增偏差。而皮升级单细胞反应腔室极大地提升了RNA分子的局部浓度,实现痕量RNA分子的高效捕获与反转录扩增,提高了方法的基因检测灵敏度。

该方法通过高效捕获单细胞的微流控芯片与DNA编码微珠技术相结合,一次测序即可完成对成百上千个单细胞转录组的同时分析,解决了单细胞转录组测序存在的多个关键难点。与其它单细胞测序平台相比,在相同的测序深度下,Paired-seq可以检测到更多的基因,具有细胞利用率高、灵敏度高和测序成本低的优势,为单细胞的异质性研究提供了有力的分析工具。

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 Paired-seq的工作原理图

 

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