Nature&Science：聚焦单细胞测序

去年NatureMethods盘点值得期待的技术中，就有单细胞测序，今年Science盘点更是将这一技术列为2013科研热点的榜首。近期两个研究组分别在Science，Nature Methods杂志上公布了单细胞测序技术的最新进展，分别介绍了这种“Solitary Sequencing”的两种最新技术。

首先来自加拿大英属哥伦比亚大学等处的研究人员研发出了一种称为Strand-seq的新型测序方法，这种单细胞测序新方法能分别对单细胞的双亲DNA模板链进行测序，获得高分辨率的姊妹染色体交换图谱。

在细胞分裂过程中，当双螺旋解旋后，两条染色体上的遗传信息偶然会出现交换，如果这样的交换水平不断提高，也就是DNA损伤和癌症的一个标志，那么传统的基因组测序方法就无法检测出来。

利用Strand-seq方法，研究人员可以完成单链DNA测序，并发现了首个基因组压力和不稳定性的痕迹。这种方法能来捕捉DNA一条链上的信息，并且能令研究人员对亲本DNA模板链进行单细胞测序。

这种方法的一大优点在于其提供了测序的方向。目前的方法都是在一个单细胞的DNA扩增和测序的时候，会丢失定向信息，Lansdorp说。这种丢失导致了这些方法难以检测到基因重排。而通过Strand-seq方法，则有可能发现细胞复制过程中，DNA序列的翻转或交换。

除此之外，谢晓亮教授领导的研究小组研发出了一种可避免周围的扩增偏差问题的新方法：多重退火和成环循环扩增(Multiple Annealing and Looping-Based Amplification Cycles)，简称MALBAC，这种方法能从一个细胞的基因组中，分离出来自单细胞的DNA，然后添加称作引物的短DNA分子。这些引物可与DNA的随意部分互补，从而使得它们能够附着到DNA链上，充当DNA复制起点。利用这种方法，进行与加入的引物的DNA复制时，可以完成高达93%的基因组测序。

为了验证这种方法，研究人员将其应用在三个关系紧密的细胞的DNA测序，以及一个单一的亚洲男性精子的DNA测序，结果证明这种方法能准确识别单个核苷酸的变化。比如d在单精子测序中，研究人员首先对这一男性的99个精子进行了单细胞全基因组DNA，然后利用HiSeq高通量测序技术对每个精子分别进行了一倍深度的测序，结果首次发现，基因区附近重组率的降低由分子机制所决定，而非自然选择的结果，从而一举解决了多年来困扰学术界的生物学难题。

DNA rearrangements such as sister chromatidexchanges (SCEs) are sensitive indicators of genomic stress and instability,but they are typically masked by single-cell sequencing techniques. Wedeveloped Strand-seq to independently sequence parental DNA template strandsfrom single cells, making it possible to map SCEs at orders-of-magnitudegreater resolution than was previously possible. On average, murine embryonicstem (mES) cells exhibit eight SCEs, which are detected at a resolution of upto 23 bp. Strikingly, Strand-seq of 62 single mES cells predicts that the mm9mouse reference genome assembly contains at least 17 incorrectly oriented segmentstotaling nearly 1% of the genome. These misoriented contigs and fragments havepersisted through several iterations of the mouse reference genome and havebeen difficult to detect using conventional sequencing techniques. The abilityto map SCE events at high resolution and fine-tune reference genomes byStrand-seq dramatically expands the scope of single-cell sequencing.