真·高通量单细胞全长转录组

如题所述

第1个回答  2022-06-14
单细胞转录组目前主要有三种建库测序方案( 图1 ):

1. 以10x Genomics 为代表的3‘/5’ 转录组测序: 本方案对转录本一端进行测序,可以满足一般的转录组定量分析需求,细胞通量高,测序成本相对较低,缺点是一般只能检测到转录本3‘/5’端600nt以内的信息,其他信息丢失了;

2. Smart-seq: 本方案将cDNA打断后,对转录本的所有片段测序,优势是测序灵敏度高(基因检出数比3‘/5’ 转录组测序高)、可以检测转录本的全长片段信息,缺点是细胞通量较低,单个细胞的测序成本较高,而且检测的并不是真实的全长转录本;

3. 单细胞三代转录组测序: 在获得单细胞全长cDNA后经过扩增和建库,用Nanopore平台或者Pacbio平台测序。由于cDNA不会被打断,避免了短reads的拼接过程带来的错误,因此检测的是真实的转录本全长信息,缺点是目前测序通量太低,测序错误率较高,单价过高。

目前主要有基于 两个 三代测序 平台 的 三种 单细胞三代全长转录组测序 技术 :

(本文主要介绍高通量单细胞全长转录组测序技术,低通量的暂未介绍)

1. sc ISO r-seq  (10x Genomics + Pacbio ISO-seq)

技术方案: 1)单细胞解离后,利用10x 3’ RNA kit完成细胞分选和逆转录,得到全长的cDNA; 2) 部分全长cDNA用于常规二代测序;3)部分全长cDNA经过PCR扩增后构建Pacbio SMRT文库,并进行测序;4) 二代、三代数据结合分析 (主要是cell barcode拆分和UMI矫正)。

2. ScNaUmi-seq (10x Genomics + ONT)

技术方案: 1)单细胞解离后,利用10x 3’ RNA kit完成细胞分选和逆转录,得到全长的cDNA; 2) 部分全长cDNA用于常规二代测序;3)部分全长cDNA经过PCR扩增后构建nanopore文库,并进行测序;4) 二代、三代数据结合分析 (主要是cell barcode拆分和UMI矫正)

ScNaUmi-seq 与scISOr -seq 虽然技术平台不同,但是原理上比较相似。

3. R2C2 (10x Genomics + ONT)

技术方案: 1)单细胞解离后,利用10x 3’ RNA kit完成细胞分选和逆转录,得到全长的cDNA; 2) 部分全长cDNA用于常规二代测序;3)部分全长cDNA经过 RCA扩增 后构建nanopore文库,并进行测序;4) 可仅利用三代数据进行下游分析。

R 2C 2方法特殊之处在于全长cDNA的环化扩增(RCA),将较短的转录组cDNA  ( 平均长度1.2~1.5k ) 经滚换复制后生成长链DNA(平均长度 3~5k ),在对其测序时,相当于将同一来源的cDNA分子重复检测了3~5遍,以此提高测序的准确度。

三种技术方案数据对比:

当对比不同技术不同平台时,要尽量避免样本来源不同、细胞数目差异、测序深度不同和统计方式的差异。单细胞全长转录组目前面临的最大难题之一在于成本过高,因此,提升测序通量,提升reads有效利用率是当下面临的关键难题。

参考文献:

[1] Gupta, I., Collier, P., Haase, B. et al. Single-cell isoform RNA sequencing characterizes isoforms in thousands of cerebellar cells. Nat Biotechnol 36,  1197–1202 (2018). https://doi.org/10.1038/nbt.4259

[2] Laura Mincarelli, Vladimir Uzun, Stuart A. Rushworth, Wilfried Haerty, Iain C. Macaulay.Combined single-cell gene and isoform expression analysis in haematopoietic stem and progenitor cells.bioRxiv 2020.04.06.027474;doi: https://doi.org/10.1101/2020.04.06.027474

[3] Roger Volden, Christopher Vollmers. Highly Multiplexed Single-Cell Full-Length cDNA Sequencing of human immune cells with 10X Genomics and R2C2. bioRxiv 2020.01.10.902361; doi: https://doi.org/10.1101/2020.01.10.902361

[4] Lebrigand, K., Magnone, V., Barbry, P. et al. High throughput error corrected Nanopore single cell transcriptome sequencing. Nat Commun 11,  4025 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-17800-6
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