综述:高分辨率单细胞转录组学在多组学和空间维度下的精准分析

【字体: 时间:2025年08月16日 来源:TrAC Trends in Analytical Chemistry 11.8

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  这篇综述系统梳理了高分辨率全长单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术从poly(A+) mRNA到总RNA捕获体系的技术迭代,重点阐述了其在剪接调控、等位基因表达和RNA类型鉴定方面的分子分辨率优势。通过整合多组学(scMulti-omics)和空间转录组技术,该技术为肿瘤生物学、生殖医学和发育生物学等领域提供了跨模态分子机制解析的新范式。

  

从mRNA到总RNA:高分辨率全长scRNA-seq的技术演进

单细胞转录组测序技术自2009年问世以来,逐步分化为标签法(如10×Genomics)和全长转录本测序两大分支。前者虽能实现数千细胞的并行测序,但受限于3'/5'端标签测序,难以解析选择性剪接(AS)、等位基因特异性表达等精细特征。全长scRNA-seq通过端到端测序,可精准识别转录本异构体、基因融合和单核苷酸变异(SNVs),其技术迭代经历了从poly(A)+ mRNA到总RNA捕获的跨越——后者通过消除polyA+偏好性,首次将长链非编码RNA(lncRNA)、环状RNA(circRNA)等占细胞转录组70%的非编码RNA纳入分析视野。

多维度精准分析:当全长转录组遇见多组学与空间解析

最新技术趋势表现为"垂直整合"与"横向拓展"的双向突破。通过将全长scRNA-seq与染色质可及性(ATAC-seq)、蛋白质组数据耦合,研究者能追溯从基因组变异到蛋白功能的因果链条;而空间全长转录组技术则保留了细胞原位位置信息,揭示了组织微环境中RNA-蛋白质互作网络的时空动态。这种多模态分析在肿瘤微环境研究中尤为突出,例如通过同时捕获转录本异构体和空间邻域信息,可精准定位驱动肿瘤转移的关键亚克隆。

应用前沿:从基础机制到临床转化

在肿瘤生物学领域,全长scRNA-seq成功解析了EGFRvIII等致癌异构体的单细胞表达模式;生殖医学中则揭示了卵母细胞成熟过程中circRNA的动态调控网络。免疫学研究通过该技术发现T细胞受体(TCR)克隆与转录本异构体的协同变异,而发育生物学则绘制了神经嵴细胞分化过程中lncRNA的时空表达图谱。

挑战与展望

当前技术仍面临低丰度转录本捕获效率低、长读长测序错误率高等瓶颈。未来突破方向包括:①开发基于纳米孔测序的实时单细胞RNA检测;②建立跨平台统一分析标准;③发展原位全长转录组测序。正如研究者所言:"当技术分辨率达到单个RNA分子水平时,我们将真正打开细胞异质性的黑箱。"

(注:全文严格基于原文事实性内容提炼,未添加任何非文献依据的推测或结论)

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