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著名学者Nature综述:单细胞测序之现状

2016/02/16 来源:生物通
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导读
1月25日Nature Reviews Genetics杂志发表的一篇重要综述,全面介绍了单细胞基因组测序的发展现状。文章的通讯作者是著名科学家、斯坦福大学生物工程系主任Stephen R. Quake。


每个细胞都是独一无二的,但我们的研究对象往往是细胞群体,忽略了这些细胞之间的异质性。正因如此,单细胞基因组学研究受到了越来越多的关注。

单细胞基因组学领域近年来发展得非常迅速,为人们揭示了复杂生物学体系的许多重要线索,包括微生物群落的生态多样性和人类癌症的基因组。一月二十五日Nature Reviews Genetics杂志发表的一篇重要综述,全面介绍了单细胞基因组测序的发展现状。文章的通讯作者是著名科学家、斯坦福大学生物工程系主任Stephen R. Quake。

Quake也是HHMI 研究员、美国科学院、美国工程院、美国医学院院士。他的主要贡献在于将集成芯片的原理和技术成功地应用于生物学和医学研究,目前名下拥有80项专利,并创办了4家公司。

这篇文章首先探讨了单细胞基因组测序面临的技术挑战,随后介绍了一些技术进步带来的生物学新发现。重点关注用单细胞基因组测序研究微生物暗物质,评估多细胞生物中遗传嵌合现象的致病作用,尤其是癌症。文章末尾还预测了未来几年单细胞基因组测序可能出现的一些进展。

前不久,北京大学汤富酬和文路发表的点评被Nature杂志评为了2015年最佳评论文章。这篇文章重点介绍了Hubrecht研究所的单细胞mRNA测序研究,特别是他们开发的RaceID算法。这种聪明的算法能够在复杂的细胞混合物中有效鉴定稀有细胞类型。RaceID假定不同细胞类型强力表达一些特异性的“异常值”基因。只要仔细排除技术和生物学噪音,就可以从测序数据中鉴定到这样的基因。单细胞mRNA测序与RaceID算法结合在一起形成了一个强大的工具,可以帮助人们深入了解健康和病变器官中的各种细胞类型  高度表达基因以随机爆发的形式转录,这一现象也被称为转录爆发(Transcriptional bursting)。为了在细菌中研究转录爆发的具体机制,哈佛大学和北京大学生物动态光学成像中心的研究人员开发了一个高通量的单分子分析技术,对各DNA模板的体外转录进行了跟踪研究。这一成果发表在2014年07月的Cell杂志上,文章的通讯作者是著名学者谢晓亮教授(X. Sunney Xie)。谢晓亮教授是单分子生物物理化学和相干拉曼散射显微成像的开拓者之一。近年来他在单细胞测序技术上取得突破,发表了不少重要成果。

我们知道,单细胞的DNA(大约只有6 pg)无法满足测序的mg级样品量需求。为了从少量样品中获得更多信息,全基因组扩增技术(WGA)应运而生。目前市场上出现了多种扩增试剂盒,但它们的表现还没有一个综合的评估。为此,华大基因的研究人员利用7种试剂盒开展单细胞全基因组扩增,系统地比较了不同WGA方法的优点和缺点,尤其关注变异检测。这项成果于2015年8月发表在《GigaScience》期刊上。

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