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單細胞RNA測序生信分析簡介

時間:2019-07-30 07:23來源:生信自學網 作者:樂偉 點擊:
單細胞測序是指在單個細胞水平上進行測序。單細胞轉錄組測序(single cell RNA ,scRNA-seq)是指對于單個細胞水平上將mRNA反轉錄擴增后進行高通量測序的技術。
在這個飛速發展的測序時代,DNA和RNA測序已經逐漸成為“實驗室中的家常菜”。若要評選出目前最受歡迎的一道菜,那恐怕非單細胞RNA測序莫屬。
以往,研究人員通常利用RNA測序(RNA-seq)來檢測樣本中的所有RNA轉錄本,以發現新型RNA,或開展基因表達分析。不過,測序的對象往往是組織樣本或細胞群,這使得細胞之間的差異有可能被平均值所掩蓋。

單細胞測序是指在單個細胞水平上進行測序。單細胞轉錄組測序(single cell RNA ,scRNA-seq)是指對于單個細胞水平上將mRNA反轉錄擴增后進行高通量測序的技術。
單細胞測序通過在單個細胞水平上進行測序,解決了用組織樣本無法獲得不同細胞間的異質性信息或樣本量太少無法進行常規測序的難題,為科學家研究單個細胞的行為、機制等提供了新的方向。
單細胞基因組測序主要包括四個步驟:單細胞分離——擴增——高通量測序——數據分析。

單細胞測序的優勢:
目前常規的測序主要是數百萬甚至更多細胞的混合DNA樣本。這種方法能夠得到基因表達信息,但是對其進行研究得到的結果只是一群細胞中信號的平均值,或者只代表其中占優勢數量的細胞信息,單個細胞獨有的特性被忽視。
單細胞RNA-seq能夠獨立地提供每個細胞的RNA表達譜,并鑒定異質細胞群中的稀有細胞。盡管腫瘤異質性可歸因于積累突變,但即使是遺傳上相同的細胞在相同環境下也可能表現出基因和蛋白表達水平的差異,單細胞RNA-seq就能夠發現這些稀有個體,比如在腫瘤組織中,腫塊中心的細胞,腫塊周圍的細胞,淋巴轉移灶的細胞,以及遠端轉移的細胞,其基因組和轉錄組等遺傳信息,是存在差異的。

作為獨一無二的個體,細胞寶寶也許并不樂意自己的光芒被掩蓋。于是,單細胞測序應運而生。自2013年被《Nature Methods》評為年度技術以來,這項技術正被迅速地采用,發表文獻的數量也在逐年遞增。
單細胞RNA-seq能夠獨立地提供每個細胞的RNA表達譜,并鑒定異質細胞群中的稀有細胞。盡管腫瘤異質性可歸因于累積突變,但即使是遺傳上相同的細胞在相同環境下也可能表現出基因和蛋白表達水平的差異,從而導致耐藥性的產生。單細胞RNA-seq就能夠發現這些稀有個體。
 
單細胞RNA-seq的流程
當然,單細胞RNA-seq的開展絕非易事,需要用到一系列尖端技術。大家首先要高效分離單細胞,然后進行RNA提取、逆轉錄、文庫制備和測序,最后再通過生物信息學軟件進行數據分析。其中,第一步 – 單細胞分離就相當棘手。
單細胞測序生信分析
由于每個單細胞都是獨特的,不可能開展重復實驗并評估噪音。因此,必須采取一些質量控制手段,以確保數據的可靠性。專家建議,向每個細胞裂解液中加入已知序列和數量的合成mRNA,如外源RNA對照聯盟(ERCC)開發的加標RNA。這些RNA的讀數將提供樣本間差異的信息。
 
總的來說,單細胞水平的轉錄組分析可以揭示細胞群體中的細胞異質性,強調了個別細胞的與眾不同。此外,同時分析多種分子(如DNA、RNA和蛋白質)的方法也不斷被開發出來。這種更全面的單細胞組圖有望進一步加深我們對生物學過程的了解,對未來的科研及臨床研究大有裨益。
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責任編輯:樂偉
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