单细胞转录组技术梳理（一）

分享是一种态度

谈起单细胞转录组测序就不得不提到北京大学汤富酬教授，2009年，汤富酬老师在博士后期间发表了世界上第一篇单细胞mRNA测序的文章“mRNA-Seq whole-transcriptome analysis of a single cell”,自此正式拉开了单细胞转录组的大门。下面我们来回顾一下汤富酬在这篇文章中提出的方法。

• 细胞裂解：在显微镜下人工吸取单个细胞并裂解
• cDNA合成：带有锚定序列(UP1)的poly(T)引物将mRNA反转录成cDNA
• primer去除：消化未使用的引物
• 末端加尾：将Poly(A)尾巴添加到cDNA第一链的3'端
• 合成cDNA第二链：使用带有另一个锚定序列(UP2)的ploy(T)引物合成第二链cDNA
• PCR扩增：用UP1和UP2引物通过PCR均匀扩增cDNA
• cDNA打断：将扩增后的cDNA打断
• 加接头：将P1和P2接头连接到打断的序列片段末端
• 文库扩增：将文库与共价连接P1引物的1mm直径beads混合进行乳液PCR(emulsion PCR：其实是一个注水到油的独特过程)

emulsion PCR

乳液PCR的最大优势就是能够让低浓度DNA在独立反应空间，经过大量PCR循环使目的片段呈指数扩增，而没有其他的竞争性或污染性序列的影响。其关键技术是“注水到油”（水包油），基本过程是在PCR反应前，将包含PCR所有反应成分的水溶液注入到高速旋转的矿物油表面，水溶液瞬间形成无数个被矿物油包裹的小水滴。这些小水滴就构成了独立的PCR反应空间。理想状态下，每个小水滴只含一个DNA模板和一个磁珠。这些被小水滴包被的磁珠表面含有与接头互补的DNA序列，因此这些单链DNA序列能够特异地结合在磁珠上。同时孵育体系中含有PCR反应试剂，所以保证了每个与磁珠结合的小片段都能独立进行PCR扩增，并且扩增产物仍可以结合到磁珠上。当反应完成后，可以破坏孵育体系并将带有DNA的磁珠富集下来。经过反应，DNA模板的拷贝数量呈指数扩增，每个小片段都将被扩增约几百万倍，从而达到测序所要求的DNA量。