半自动化IT-scATAC-seq技术：低成本高分辨率解析细胞分化与血液免疫群体的染色质可及性图谱

编辑推荐：针对现有scATAC-seq技术存在通量低、成本高、设备依赖性强等问题，Wei Jin团队开发了基于索引Tn5转座的IT-scATAC-seq方法。该技术通过三轮条形码策略实现单日处理10,000细胞，单细胞成本降至0.01美元，在胚胎干细胞分化和小鼠PBMC分析中成功捕获细胞特异性染色质重塑特征，为单细胞表观遗传学研究提供了高性价比解决方案。

　　

在生命科学领域，解析细胞命运决定的表观遗传机制一直是前沿热点。单细胞染色质可及性测序（scATAC-seq）虽能揭示基因调控元件的开放状态，但现有技术面临三重困境：微流控平台设备昂贵，纳米孔板法通量有限，而组合索引技术又存在文库质量不稳定的缺陷。更关键的是，单细胞成本居高不下（通常>1美元/细胞）严重制约了大规模研究。这些技术瓶颈使得科研人员难以在常规实验室条件下开展高分辨率的单细胞表观基因组学研究。

针对这一挑战，中国科学院等机构的研究人员Wei Jin、Jingchun Ma等开发了创新性的索引Tn5标签化scATAC-seq技术（IT-scATAC-seq），相关成果发表于《Nature Communications》。该方法通过三大关键技术突破实现了性能飞跃：首先采用平行批量Tn5转座（含特异性索引）替代单细胞处理，大幅降低试剂消耗；其次结合荧光激活核分选（FANS）实现精准单细胞分配；最后通过三轮条形码PCR（含自动化液体处理）完成文库构建。研究团队使用HEK293T、H1和K562细胞系验证发现，该方法单细胞中位数片段达50,276条，转录起始位点（TSS）富集分数18，峰值区域 reads占比（FRiP）超过65%，性能指标全面优于10X Genomics、Fluidigm C1等商用平台。

在"Benchmark of IT-scATAC-seq"部分，物种混合实验证实该方法双细胞率仅1.28%（n=3018）。与现有技术对比显示，在测序深度降低54-57%的情况下，其单细胞唯一片段数仍显著高于平板法（p<0.01）。应用至小鼠胚胎干细胞（mESCs）向原始外胚层样细胞（EpiLCs）分化过程时，"IT-scATAC-seq detects high plasticity of cell fate during early embryogenesis"章节揭示：4,167个高质量细胞呈现典型核小体周期性模式，捕获到多能性基因（如NANOG）可及性动态变化。伪时序分析发现中内胚层可及性早于外胚层出现，暗示表观遗传重编程存在层级激活模式。

"IT-scATAC-seq distinguishes the cellular heterogeneity across human PBMCs"章节展示了该技术在复杂组织中的应用价值。分析7,628个外周血单个核细胞（PBMCs）发现，尽管测序深度仅10,000 reads/细胞，其TSS富集分数（25.03）仍优于10X Genomics平台（16.39）。通过潜在语义索引（LSI）降维鉴定出14个免疫亚群，包括CD14⁺单核细胞、CD8⁺记忆T细胞等稀有群体。差异可及性区域分析揭示：IRF/ETS家族转录因子在B细胞中富集，而C/EBP家族特异性调控单核细胞发育，这些发现为理解免疫细胞分化提供了新线索。

该研究的创新价值体现在三个方面：技术层面创建了首个单细胞成本<0.1美元的scATAC-seq方案，通量提升10倍的同时保持FRiP>60%；方法学上通过标准化Tn5转座和自动化处理解决了批次效应难题；生物学应用方面成功解析了胚胎发育早期的表观遗传 plasticity 和PBMC的调控网络。特别值得注意的是，所有实验试剂均可实验室自制，这对资源有限的研究机构具有重要实践意义。研究者特别指出，未来通过优化索引组合，该技术有望实现百万级细胞的表观图谱绘制，为发育生物学和精准医学研究开辟新途径。