单细胞多组学应用
发布时间：2021-06-16 17:55 | 点击次数：
上次我们聊到了单细胞测序技术，这也是单细胞技术中最重要的应用之一，因为我们生物基础——细胞异质性就体现在细胞所表达的执行功能的RNA和蛋白。而细胞聚类分群分析，是单细胞结果的最基础分析，其分群依据正是能代表细胞功能的marker gene 。
然而，scRNA-seq存在一些天然缺陷，并不是细胞聚类分群的金标准。而scATAC-seq作为单细胞表观研究的重要技术，它的细胞聚类结果却意外比scRNA-seq稳定得多。因此，scRNA-seq + scATAC-seq的单细胞多组学，迅速被广泛采用，连续两年（2018和2019）被不同杂志评为的年度技术。
ATAC-seq是表观研究的一种重要手段，其原理今天不详细介绍，如感兴趣后面我再补充，这里仅简要说明一下。ATAC-seq研究染色质开放性，它主要检测转录调控序列，这些序列所对应的基因，与正发生转录的基因很大程度上重合，所以ATAC-seq也常作为转录组的印证。
scATAC-seq的聚类分析结果比scRNA-seq稳定，有如下解释：RNA转录本波动大，从几个到几千转录本不等，而一些低表达的RNA转录本在单细胞测序会漏掉，而scATAC-seq则直接检测细胞核中的裸露DNA，它是非常稳定的，scATAC-seq的细胞聚类结果也非常稳定，效果比scRNA-seq的好很多。
单细胞多组学正是这两个的结合：取scATAC-seq结果做细胞聚类，取scRNA-seq结果做功能富集分析。
一般情况下。我们检测多单细胞多组学需要把单细胞悬液分成2份，一份做scRNA-seq，另一份做scATAC-seq，这样既会浪费样品，结果也可能有偏差。而我们公司选用的10X genomics，它能用一套样品，同时完成scATAC-seq和scRNA-seq检测，即一个细胞样品既得到scRNA-seq数据，又得到scATAT-seq数据。
单细胞多组学检测流程与scRNA-seq相同，唯二差别是上样的细胞和10X barcode。先回顾一下scRNA-seq流程图：
10X genomics 的单细胞多组学流程与上述scRNA-seq流程的差别，是上图中用红框标记的两个地方：一处是多组学样品是经转座酶处理的细胞核，而不是原生态的细胞或细胞核。还有一处是beads的olligo序列，多组学的beads上有两种olligo 序列，一种会结合mRNA，另一种会结合Tn5酶切下的片段，他们带有相同的10Xbarcode标记；而scRNA-seq只用到结合mRNA的olligo序列。
下面以剑桥大学利用单细胞多组学研究人胎肝、股骨和髋关节的血液分化分子机理的文章为例，简要介绍一下单细胞多组学的研究思路。
文章题目：
Integrative Single-Cell RNA-Seq and ATAC-Seq Analysis of Human Developmental Hematopoiesis
发表期刊：Cell Stem Cell （2020年11月）
样本类型：胎儿的肝脏、股骨和髋骨 （n=15）
组学技术：scRNA-seq ，scATAC-seq
科研团队：剑桥大学
主要结果
取15个胎儿的17-22pcw的胎肝、股骨和髋关节，分别进行单细胞解离，然后进行scRNA-seq和scATAC-seq。
共获得4504个单细胞，平均每个细胞检测到3600个基因。
然后进行scRNA-seq和scATAC-seq联合分析，进行细胞聚类分群及推理血细胞的分化轨迹。