華人學者Nature子刊單細胞基因組測序新突破

　　在加州大學圣地亞哥分校生物工程師們的領導下，研究人員生成了來自單個大腸桿菌細胞以及人類大腦單個神經元的最完整基因組序列。采用一項新的單細胞基因組測序技術，他們在只有12納升體積、充滿液體的小孔中完成了基因組擴充，從而獲得了這一突破性的成果。該項研究發表在11月10日的《自然生物技術》(Nature Biotechnology)雜志上。

　　論文通訊作者、加州大學圣地亞哥分校Jacobs工程學院生物工程學系教授張坤(Kun Zhang，音譯)說：“我們的初步數據表明，來自同一大腦的單個神經元具有不同的遺傳組成。這是一個相對較新的觀點，我們的方法將使得研究人員能夠更詳細地檢測單細胞之間的基因組差異。”

　　研究人員報告稱，采用新方法生成的單細胞基因組序列顯示相對較小的“擴增偏倚”——在過去的十年里這是單細胞基因組測序面對的一個最顯著的技術障礙。所謂“擴增偏倚”就是指擴增步驟不均一，基因組不同的區域拷貝次數不同。這種不均衡使得許多下游基因組分析變得復雜化，包括從頭組裝基因組以及鑒別來自同一個體細胞間的DNA內容物差異。

　　單細胞全基因組測序

　　測序單細胞基因組引起了許多不同領域研究人員的極大興趣。例如，探查單個細胞的遺傳構成可以幫助研究人員鑒別和了解從生存在我們消化道中和皮膚上的細菌，到存活于海洋水域中的微小生物體等在實驗室中無法輕易培育的廣泛生物體。此外，研究人員還利用單細胞遺傳研究來探究癌細胞、干細胞和人類大腦，越來越多的研究顯示構成人類大腦的細胞具有顯著的基因組多樣性。

　　“現在我們擁有了極好的機會以更高的分辨率檢測單細胞中的基因組，將我們對于大腦內基因組嵌合現象的理解擴展至了DNA序列水平，在這里我們揭示出了神經元基因組的一些新體細胞變化，有可能提供關于正常大腦以及存在于例如阿爾茨海默氏癥、帕金森病或精神分裂癥等疾病中異常大腦的一些新見解，”論文的共同作者、斯克里普斯研究所Dorris神經科學中心Jerold Chun說。

　　例如，新測序技術鑒別出了小至100萬個堿基對的單拷貝DNA獲得或喪失，這是迄今為止單細胞測序方法所能達到的最高分辨率。近期采用一些舊技術的單細胞測序研究只能破譯至少300萬-600萬堿基對的DNA拷貝變化。

　　在納米級孔中擴增

　　擴增在12納升(nL)體積的微孔中發生，是在發表的單細胞基因組測序試驗方案中采用的最小體積的孔。

　　相比于此前公布的最完整的單個大腸桿菌基因組數據集，新方法獲得了超過50%的大腸桿菌基因組，但將測序數據減小了3-13倍。

　　“這些結果證實，這一微孔取代擴增系統(MIDAS)提供了一種更有效的方法，無需培養即可組裝來自單個細胞的細菌全基因組，”作者們寫到。