Science：单细胞测序（上）[创新技巧]

由于细胞是生物学的基本单位，研究人员正更加努力地尝试将它们进行单个分离、研究和比较。DNA研究主要涉及的是测序单细胞微生物相对简单的基因组；而更大更复杂的人类细胞基因组则是一个更大的挑战。随着测序成本的大幅度下降，破译来自单细胞的30亿碱基的基因组并逐个细胞比较序列正在变为现实。

生物通报道  在过去的几十年里，研究人员对于来自许多物种的成千上万的基因组进行了测序。几乎在所有情况下，译解的DNA都是从数百万的细胞中提取出来并混合到一起。其结果是大量的数据，但是博德研究所的遗传学家Joel Hirschhorn说：“当你看向的是整个细胞群时，有许多的现象其中包括大量细胞与细胞间的变异就会变得不再明显。”这有可能会改变。

在会上，四个小组描述了关于基因组如何生成多样性和什么导致特异肿瘤耐受治疗的新见解——所有的都是来自单个人类细胞DNA测序的结果。他们的报告引发了科学家们对单细胞测序潜力的兴奋。“我们才刚刚开始触及表面，”Hirschhorn说。

由于细胞是生物学的基本单位，研究人员正更加努力地尝试将它们进行单个分离、研究和比较(Science, 7 January 2011, p. 24)。DNA研究主要涉及的是测序单细胞微生物相对简单的基因组；而更大更复杂的人类细胞基因组则是一个更大的挑战。随着测序成本的大幅度下降，破译来自单细胞的30亿碱基的基因组并逐个细胞比较序列正在变为现实。

对于艾伯特爱因斯坦医学院的统计遗传学家Adam Auton而言，单细胞测序提供了一个了解重组（细胞分裂过程中配对染色体交换DNA片段的过程）的窗口。重组通过将各种版本的基因一起放置在新组合中帮助生成了遗传多样性。它也是细胞剔除异常DNA的一种方法。

研究人员长期以来一直在寻求一种途径来测定发生在人类重组量，他们提出了一些间接的方式在家庭中或在群体中对其进行测量。测序和比较单个精子细胞的基因使得直接切更为系统地探究了这一现象，Auton说。

             

         通过对单个精子细胞测序，研究人员正在解析重组率。

因此，当中国强大的测序机构北京基因组研究所（Beijing Genomics Institute）告诉Auton已经完成了对一名50岁年纪亚洲男性的167个精子的测序时，Auton热切地想要看到数据。他初期的分析突出了分离单细胞以及可靠地拷贝DNA进行测序是多么的困难。研究人员发现了若干来自多种细胞的DNA序列；然而只有40个达到了标准。通过将每个精子的DNA与来自血液样本的DNA进行比较，Auton和他的同事们检测到了近1000次重组事件，每个精子细胞约24.5次，这一数字与来自间接方法的预测相一致。重组在整个染色体不均衡发生，一些“热点“（“hot spot）代表了重组率增高位点。大多数情况下，Auton发现的热点与研究人员在其他研究中看到的相一致。然而在15号染色体上也有一个重组波峰，Auton在会议上报告说。

来自斯坦福大学的Stephen Quake一直在利用一种所谓的芯片实验室（lab on a chip）开发单细胞技术。样本通过一连串微通道和微阀门分离单个细胞提取出DNA，并拷贝数千次以获得足够的量用于测序。Quake报告说他已经解决了许多技术问题。他在去年完成了第一次的人类单细胞测序，现在他正利用这项技术研究精子细胞中的重组并分析突变率。

下接：Science：单细胞测序（下）

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Single-Cell Sequencing Tackles Basic and Biomedical Questions

Over the past couple of decades, researchers have sequenced thousands of genomes from numerous species. In virtually every case, the deciphered DNA was extracted from millions of cells and pooled. The result has been a wealth of data, but, says Joel Hirschhorn, a geneticist at the Broad Institute in Cambridge, Massachusetts, “there are a lot of phenomena where there's a lot of cell-to-cell variability that won't be apparent when you look across populations of cells.” That may be about to change.