廈門大學研發(fā)出全新高通量單細胞轉錄組測序方法

據(jù)麥姆斯咨詢報道，廈門大學楊朝勇教授課題組在高通量單細胞轉錄組測序新器件新方法研究方面取得重要進展，相關研究以“Highly parallel and efficient single cell mRNA sequencing with paired picoliter chambers”為題發(fā)表于《自然通訊》（Nature Communications）。

單細胞轉錄組測序技術在單個細胞水平上對轉錄組進行高通量測序分析，從而揭示單個細胞內(nèi)所有基因的表達情況，揭示細胞間的異質(zhì)性，在發(fā)育生物學、免疫學、微生物學、神經(jīng)科學、臨床醫(yī)學等領域有重要的應用前景。單細胞轉錄組測序的挑戰(zhàn)在于如何高效地操控單個細胞，如何對大量的低拷貝數(shù)mRNA進行無偏倚擴增，如何避免背景游離mRNA的污染，以及如何同時對大量的單細胞進行并行測序以降低成本。

Paired-seq原理圖

針對上述挑戰(zhàn)，楊朝勇教授課題組開發(fā)了一種全新的高通量單細胞轉錄組測序新方法(Paired-seq)。Paired-seq通過將高效單細胞捕獲操控微流控芯片與DNA編碼微珠技術相結合，一次測序即可完成對成百上千個單細胞轉錄組的同時分析，解決了單細胞轉錄組測序存在的關鍵難點。

首先，該工作設計了一種基于差異流阻原理及微閥微泵控制的高效單細胞/單微珠捕獲與操控的微流控芯片，可實現(xiàn)對痕量細胞樣本的高效率單細胞捕獲。

其次，Paired-seq利用DNA編碼技術，使每個細胞內(nèi)的基因帶上獨一無二的細胞標簽和分子標簽，實現(xiàn)對大量單細胞同時操控測序，通過標簽信息對不同細胞來源的信息進行區(qū)分，保證每個細胞轉錄組信息的獨立性，同時通過分子標簽對mRNA分子表達量進行數(shù)字化統(tǒng)計，從而消除了序列差異導致的擴增偏差。

此外，該芯片集成了微閥微泵結構，實現(xiàn)微量反應體系的主動快速混合、交換以及對單細胞的清洗，提高了細胞的裂解效率并有效地清除了溶液中背景游離RNA，大大降低了游離RNA的污染。

最后，皮升級單細胞反應腔體極大地提升了RNA分子的局部濃度，從而實現(xiàn)痕量RNA分子的高效捕獲與反轉錄擴增，提高了基因檢測靈敏度。與其它單細胞測序平臺相比，在相同的測序深度下，Paired-seq可以檢測到更多的基因，極大地降低了測序成本。

基于以上系列創(chuàng)新的設計，Paired-seq具有細胞利用率高、靈敏度高和測序成本低的優(yōu)勢，為單細胞的異質(zhì)性研究提供了有力的分析工具。

該工作由廈門大學、上海交通大學、美國斯坦福大學等多團隊聯(lián)合攻關完成?；瘜W生物學系博士研究生張明霞、鄒遠和2011協(xié)同創(chuàng)新中心博士研究生許醒為論文的共同第一作者。該研究工作得到國家重大科研儀器研制項目、國家基金委重點項目、創(chuàng)新研究群體項目等支持。