黄岩谊、汤富酬组开发新的单细胞转录组测序法

北京大学生物动态光学成像中心（Biodynamic Optical Imaging Center, BIOPIC）是北京大学于2010年成立的一个跨学科合作实体研究中心。中心的目标是发展和利用最先进的生物成像与基因测序手段，在分子和细胞水平上进行生命科学与医学基础研究。中心配备了界一流的研究设备和条件，有重点地发展最新的生物成像和测序技术。

2015年七月二十三日，该中心的黄岩谊、汤富酬课题组在国际著名学术杂志《Genome Biology》发表题为“Single-cell RNA-seq transcriptome analysis of linear and circular RNAs in mouse preimplantation embryos”的论文。该研究开发出一种单细胞通用的、poly(A)-独立的RNA测序（SUPeR-seq）方法，来测定单个细胞的多腺苷酸RNA和非多腺苷酸RNA。这种方法表现出稳健的敏感性和准确性。这项研究工作，为解析哺乳动物早期胚胎发育过程中circRNAs的功能意义和调控机制，奠定了基础。

转录组包括一个细胞内转录的全部RNA。即使在同一类型的细胞中，不同个体细胞的转录组之间存在着内在的异质性。为了充分揭示这种复杂性，就需要对单个细胞进行理想的转录组分析，并覆盖每一个细胞内所有的RNA。

在2009年，该课题组首先开发了一种单细胞RNA转录组分析技术（‘Tang2009’ 程序），自那以后，各种各样的单细胞RNA-seq方法也相继开发出来，如Smart-seq、CEL-Seq和Quartz-Seq。这些方法已经迅速成为解析单细胞转录组复杂性的有力工具，特别是在胚胎和神经发育、细胞重编程和癌症进展研究中。

所有已知的真核细胞单细胞RNA-seq程序，仅限于检测具有poly(A)尾巴的mRNA（poly（A）+ RNAs）。然而，有大量的非多聚腺苷酸RNA（poly（A）- RNA）在哺乳动物细胞中表达。标准的方法依赖于Oligo（dT）来启动逆转录（RT）。通过Oligo（dT）启动，可避免无信息核糖体RNA（rRNA）测序读长的优势，否则它们占哺乳动物细胞总RNA的90%。然而，这种方法不可避免地会排除其他没有poly(A)尾巴的RNA的信息。

特别是，最近有研究在真核细胞中发现了一套独特的poly(A)- RNAs――环形RNA（circRNAs）。这些circRNAs多数是由编码基因的外显子组成，而一些研究也报道过内含子circRNAs。circRNAs往往与重要的细胞功能有关，如结合并抑制microRNA（miRNA）作为一个海绵。目前，很有必要开发一种方法，来检测单细胞内完整的转录组，包括poly(A)+和poly(A)- RNAs。

在这项研究中，研究人员开发出一种新型的单细胞转录组分析方法，命名为单细胞通用poly(A)-独立的RNA测序（SUPeR-seq），这种方法用具有锚序列的随机引物，取代常用的oligo（dT）引物，用于cDNA合成。SUPeR-seq能够检测到单细胞内的poly(A)+和poly(A)- RNAs，具有来自rRNAs的最小污染。

与Tang2009程序相比，该方法具有更高的灵敏度，能检测更多的基因。来自基因组DNA和rRNA的污染是可以忽略不计的。使用SUPeR-seq，该研究小组总共发现了来自HEK293T 细胞的141 个circRNA转录本和来自单个小鼠早期胚胎的2891个circRNA转录本。

此外，该研究小组通过对从单个小鼠植入前胚胎产生的SUPeR-seq读长进行从头组装，发现了几百个新的非圆形转录本。通过将来自小鼠卵母细胞的SUPeR-seq 读长与来自2-细胞阶段胚胎的SUPeR-seq读长进行比较，研究人员确定了两个母系和合子基因；通过对用α鹅膏蕈碱（基因转录的强效抑制剂）处理的2-细胞胚胎进行测序，81%的合子基因得以进一步的验证。因此，这些结果指出了SUPeR-seq的高度稳健性和潜在效用。 

注：黄岩谊，男，博士后 ，北京大学材料科学与工程系教授、博士生导师。北京大学生物动态光学成像中心研究员，北京大学高通量测序中心；北京大学化学与分子工程学院兼职研究员，北京大学终身正教授。黄岩谊课题组致力于发展应用于集成生物学研究的新技术。课题组当前的研究兴趣集中在基因测序技术、微流控技术及生物成像技术三个方面。我们一直在发展高效、新型的高通量DNA测序技术及其应用方法，特别是测序化学与设备研发、单细胞测序技术应用与器件研发、以及少量细胞的表观基因组学测序方法研发。

汤富酬，男，北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心研究员，博士生导师。2004-2010，英国剑桥大学Gurdon研究所，博士后。2010-现在，北京大学BIOPIC，研究员。其实验室主要围绕哺乳动物早期胚胎发育研究多能性干细胞分化、发育调控的分子机理，特别是表观遗传学调控机理，以及相关的原始生殖细胞（Primordial Germ cells）发育过程中的表观遗传学重编程机理。

（转化医学网360zhyx.com）