单细胞转录组分析研究进展

目前常规的转录组分析方法无法揭示单个细胞之间基因表达的异质性,也难以对极少量细胞进行分析,单细胞转录组分析技术为此提供了有效的研究工具。对单细胞转录组分析技术的历史、发展、策略、方法和应用进行综述。     

单细胞RNA测序数据分析方法研究进展

单细胞RNA测序(Single cell RNA sequencing,scRNA-Seq)已经广泛应用于细胞分化、肿瘤微环境及多种疾病病因学研究。目前,由于scRNA-Seq具有低捕获率、高噪声、高变异性等特点,通过优化数据分析方法提高测序结果准确性已经成为测序领域的研究热点。对近年来数据分析过程中利用的数学方法进行了总结,讨论了数据分析的优势及存在的问题,以期为新算法的开发和应用提供参考,逐步提高测序结果的可靠性。     

单细胞转录组高通量测序分析新进展

细胞异质性是生物组织的普遍特征。常规转录组测序(RNA-Seq)技术需要上万个细胞,所测结果实际上是一群细胞基因表达的平均值,所以难以鉴别细胞之间基因表达的异质性。单细胞RNA-Seq技术的分辨率精确至单个细胞,为辨别异质性群体中各种细胞类型的转录组特征提供了有力的工具。近年来单细胞RNA-Seq技术发展迅速,在方法学上包括cDNA扩增方法的多样化、对灵敏度和技术噪声的定量分析、浅覆盖高通量单细胞RNA-Seq方法和原位RNA-Seq技术等;在技术应用方面应用范围从早期胚胎发育扩大到组织器官发育、免疫和肿瘤等多个领域。文章对单细胞RNA-Seq在方法学和技术应用两方面的研究进展进行了详细阐述。     

单细胞测序技术在干细胞领域的研究进展

细胞异质性是生物体内普遍存在的一种特性,这种特性容易受外界因素的影响,甚至是单一类型的细胞在生长环境发生改变时,其基因表达也可能出现变化并产生差异。干细胞是一类具有无限自我更新和分化潜能的特殊类型的细胞,在胚胎组织发育和成体组织的动态平衡中发挥了重要作用。单细胞测序为分析包括干细胞在内的细胞异质性提供了强有力的工具,这种技术可通过更加准确的方式剖析细胞异质性。该文综述了近年来发展起来的单细胞测序技术,包括单细胞分离、基因组扩增和测序分析,并讨论了它们在干细胞(包括多能干细胞、肿瘤干细胞和组织特异性干细胞)研究中的应用。     

单细胞基因组测序技术新进展及其在生物医学中的应用

随着单细胞基因组测序技术的建立与发展,对细胞基因组特征的分析进入了单细胞水平。单细胞的基因组分辨率不但使研究人员能够在单细胞尺度上分析肿瘤细胞的异质性,也使得传统上难以检测的稀有细胞的基因组研究成为可能。这些稀有细胞往往具有重要的生物学意义或临床价值,如癌症患者血液中循环肿瘤细胞(circulatingtumorcell,CTC)的基因组检测或三代试管婴儿植入前胚胎细胞的遗传缺陷诊断与筛查(preimplantation genetic diagnosis/screening, PGD/PGS)。本文总结了近年来发展的各种单细胞基因组扩增技术及其优缺点,并介绍了单细胞基因组测序技术在肿瘤生物学和临床检测中的应用,以期为单细胞基因组测序技术在临床检测中应用开发提供参考。     

高通量测序在可变剪接中的研究进展

在真核生物基因表达的过程中, mRNA的可变剪接(alternative splicing, AS)导致同一基因蛋白质亚型多样性的产生,同时也增加了基因表达调控的多样性。高达95%的人类基因可以通过AS来产生具有不同功能的蛋白质。除此之外,约15%的人类遗传疾病和癌症与AS相关。作为一种精密的基因表达调控方式, AS协助完成重要的生物过程,如细胞发育和分化等。近年来,高通量测序的发展推动了AS在分析组织特异性基因表达领域的研究。然而,两者的有机结合应用仍然具有挑战性。该文总结了高通量测序在AS研究中的应用,进一步分析了其中存在的问题,并提出了解决方法,为推动该领域的发展提供了新的策略与思路。     

植物单细胞转录组测序研究进展

单细胞转录组测序是一种在单细胞水平上研究基因表达的技术.多孔板法和液滴法是目前应用于植物研究的两类主要的单细胞转录组技术.首先概述了植物单细胞转录组测序的技术原理和数据分析流程,然后介绍了植物单细胞转录组的研究进展,重点阐述了单细胞转录组测序技术在鉴定植物细胞类型、揭示细胞演化轨迹和构建细胞间调控网络中的应用.单细胞转...     

单细胞机械性能检测方法与应用研究进展

细胞机械性能与细胞的生理状态与功能存在密切联系。早期对于细胞机械性能的研究受制于技术条件,只能获得细胞群的弹性或剪切模量,使得少量异质细胞的机械表型被淹没。近年来,单细胞机械性能检测技术得到了蓬勃发展。原子力显微镜、微吸管技术、光镊与光学拉伸、磁扭转流变仪与磁镊等单细胞机械性能检测技术展现出非常高的检测精度,但检测通量相对较低。新型微流控高通量检测方法的出现使检测通量呈几何式增长,有望解决大样本快速检测的需求。本文首先综述原子力显微镜、微吸管、光镊与光学拉伸和磁扭转流变仪与磁镊等单细胞机械性能检测技术。在此基础上,重点介绍细胞过孔、剪切诱导细胞变形和拉伸诱导细胞变形3种新兴微流控高通量检测技术的工作原理及最新研究进展,探讨各类方法的优缺点。最后,本文展望单细胞机械性能检测技术的未来发展方向。     

基因表达谱芯片及核酸测序技术在癌症研究中的应用现状

基因表达谱芯片和核酸序列数据在癌症研究中占有很重要的地位。基因表达谱芯片被广泛的应用在医学研究中,它的主要优势在于灵敏快速成本低,缺点只能对现有基因进行研究,无法进行新基因发现以及变异等方面的研究;而核酸序列数据在这方面则具有很大优势。总体来说,二者在癌症研究中都发挥着巨大的作用。随着精准医学的不断发展,对这些高通量数据的深入研究可以有助于人们进一步了解癌症的分子机制,从而加速个体化治疗的进程。     

单个肿瘤细胞测序研究进展

肿瘤是机体在各种致癌因素作用下,遗传物质受损导致特定细胞失去对正常生长调控,引起其克隆性异常增生而形成的恶性赘生物。随着单细胞分离技术及单细胞测序技术日益成熟,单个肿瘤细胞全基因组测序已成为肿瘤研究的一个崭新的领域。该文就对单个肿瘤细胞的获取及单个肿瘤细胞测序研究进展进行综述。     

Applications of single cell RNA sequencing to research of stem cells

Stem cells(SCs) with their self-renewal and pluripotent differentiation potential,show great promise for therapeutic applications to some refractory diseases such as stroke, Parkinsonism, myocardial infarction, and diabetes. Furthermore, as seed cells in tissue engineering, SCs have been applied widely to tissue and organ regeneration. However, previous studies have shown that SCs are heterogeneous and consist of many cell subpopulations. Owing to this heterogeneity of cell states, gene expression is highly diverse between cells even within a single tissue,making precise identification and analysis of biological properties difficult, which hinders their further research and applications. Therefore, a defined understanding of the heterogeneity is a key to research of SCs. Traditional ensemble-based sequencing approaches, such as microarrays, reflect an average of expression levels across a large population, which overlook unique biological behaviors of individual cells, conceal cell-to-cell variations, and cannot understand the heterogeneity of SCs radically. The development of high throughput single cell RNA sequencing(scRNA-seq) has provided a new research tool in biology, ranging from identification of novel cell types and exploration of cell markers to the analysis of gene expression and predicating developmental trajectories. scRNA-seq has profoundly changed our understanding of a series of biological phenomena. Currently, it has been used in research of SCs in many fields, particularly for the research of heterogeneity and cell subpopulations in early embryonic development. In this review, we focus on the scRNA-seq technique and its applications to research of SCs.     

An integrative approach for the optical sequencing of single DNA molecules

A new approach for optically sequencing ensembles of single DNA molecules using DNA polymerase to mediate the consecutive incorporation of fluorochrome-labeled nucleotides into an array of large single DNA molecules is presented. The approach utilizes cycles of labeled fluorochrome addition, detection to count incorporations, and bleaching to reset the counter. These additions are imaged and analyzed to estimate the number of labeled additions and to correlate them on a per-locus basis along DNA backbones. Initial studies used precisely labeled polymerase chain reaction products to aid the development and validation of simple models of fluorochrome point spread functions within the imaging system. In complementary studies, nucleotides labeled with the fluorochrome R110 were incorporated into surface-elongated lambda DNA, and fluorescent signals corresponding to the addition of R110-dUTP were counted and assigned precise loci along DNA backbones. The labeled DNAs were then subjected to photobleaching and to a second cycle of addition of R110-labeled nucleotides-a second round of additions was correlated with the first to establish strings of addition histories among the ensemble of largely double-stranded templates. These results confirm the basic operational validity of this approach and point the way to the development of a practical system for optical sequencing.     

单细胞凝胶电泳应用研究进展

单细胞凝胶电泳技术是被广泛使用的检测DNA损伤的技术,其具有灵敏度高、简便、经济、快速等各种优点。在近30年来,该技术广泛被应用于遗传毒理、环境监测、医学诊断等研究及各类实验证实方面。近些年单细胞凝胶电泳与荧光原位杂交等其他技术相结合后更是拓宽了它的应用范围,本文主要介绍了单细胞凝胶电泳的原理及优劣,并重点阐明了其在遗传毒理学、细胞凋亡、环境监测、群体生物学、临床诊断与治疗,生物信息学领域上的应用,并讨论了它的发展前景。     

单细胞转录组数据批次效应评测的研究进展

单细胞转录组测序(Single cell RNA sequencing,ScRNA seq)是一种变革性的生物技术,以前所未有的高分辨率来解析组织复杂性,解决了普通转录组测序(Bulk RNA sequencing)无法回答的问题。但单细胞数据的高通量及复杂性给分析带来极大难度,批次效应(Batch effects,BEs)的处理便是主要挑战之一。批次效应是高通量生物数据分析中的技术性偏倚,其来源及处理具有高复杂性和研究依赖性。根据组织类型、测序技术及实验设计的不同,测序数据需采用不同的评估、分析、测量及处置流程来实现有效的批次效应处理。评测批次效应在单细胞数据分析中极易被忽略,但却有助于判断批次效应的来源、对数据变异的解释度、对数据分析结果的影响度及处理方法,是有效处理批次效应的基础。因此,本篇综述聚焦单细胞转录组数据的批次效应,分别论述批次效应的概念、与普通转录组批次效应的区别、评测方法及面临的挑战,并对未来发展做出展望。     

环境微生物宏基因组学研究中的生物信息学方法

高通量测序技术的发展促进了组学技术在环境微生物研究中的广泛应用,而宏基因组学是目前最为关键和成熟的组学方法。生物信息学在微生物宏基因组学研究中具有至关重要的作用。它贯穿于宏基因组学的数据收集和存储、数据处理和分析等各个阶段,既是宏基因组学推广的最大瓶颈,也是目前宏基因组学研究发展的关键所在。本文主要介绍和归纳了目前在高通量宏基因组测序中常用的生物信息学分析平台及其重要的信息分析工具。未来几年之内,测序成本的下降和测序深度的增加将进一步增大宏基因组学研究在数据存储、数据处理和数据挖掘层面的难度,因此相应生物信息学技术与方法的研究和发展也势在必行。近期内我们应该首先加强基础性分析和存储平台的建设以方便普通环境微生物研究者使用,同时针对目前生物信息分析的瓶颈步骤和关键任务重点突破,逐步发展。     

高通量测序在病原微生物耐药方面的应用进展

高通量测序是一种高效、准确、价廉的新型测序技术,随着近年来的不断推广,逐渐进入不同的研究领域。目前,多重耐药菌的感染给患者和社会增加了巨大负担,耐药机制和抗菌药物的研发是科学研究的热点之一。高通量测序技术也开始在病原微生物耐药方面发挥了巨大作用,尤其是在耐药机制研究方面,解决了一些用现有的技术无法解决的问题。本文从病原菌鉴定、耐药机制、药物新靶标、耐药菌流行病学以及用药指导等方面阐述了高通量测序在病原微生物耐药方面的应用及进展,重点讨论了耐药机制和抗菌药物新靶标进展以及现阶段存在的问题。高通量测序技术不断发展,尤其是进入病原微生物研究领域后延伸出新的研究技术和方法,随着相关的生物信息学的进步,此项技术应用将会更加广泛。