想发高分文章?让我们来打开单细胞测序隐藏菜单
2018.06.28

过去一年单细胞测序技术不断发展,各项大型计划的提出更是“引爆”了单细胞测序新时代。目前对于单细胞的探索,已不仅局限于ATCG序列本身,随着研究的深入,科研工作者开始关注单细胞层面的表观修饰变化。今天,小编就为您打开单细胞测序的隐藏菜单,为您介绍一项高分文章利器——单细胞全基因组甲基化测序(scWGBS)。


单细胞测序研究思路图

单细胞测序研究思路图


技术原理

单细胞全基因组甲基化测序技术(scWGBS)以重亚硫酸盐(BS)处理为核心,可在单细胞水平获得全基因组范围内所有C位点的甲基化数据。其结果将精确解析单细胞中每一个胞嘧啶的甲基化状态,对高异质性细胞表观遗传信息的发掘有重大意义。


单细胞全基因组甲基化测序实验流程

单细胞全基因组甲基化测序实验流程[1] 


研究思路

研究者可选取不同时期或者不同处理的单细胞样本,利用scWGBS技术获取单个细胞全基因组范围内C位点甲基化信息,通过比较不同样本间甲基化水平差异,获得重要的表观marker,构建单细胞表观调控网络,使得研究更详尽,让文章再上一个台阶。


单细胞全基因组甲基化测序研究思路

单细胞全基因组甲基化测序研究思路

 

经典案例

随着单细胞全基因组甲基化测序技术的不断稳定,越来越多的研究者利用此项技术深入探索,登顶高分期刊。


早在2014年,北大汤富酬、乔杰团队就利用scWGBS技术对人类早期胚胎甲基化图谱进行了描绘。研究选取精子、卵母细胞、受精卵、2-细胞、4-细胞、8-细胞、桑椹胚、囊胚期等人类整个胚胎发育的不同阶段样本,进行单细胞全基因组甲基化测序,发现在人类胚胎发育过程中,甲基化水平是呈动态变化的,其结果发表在Nature期刊上。

人类胚胎发育动态甲基化图谱

人类胚胎发育动态甲基化图谱[2]


为了深入研究胚胎发育中DNA甲基化重编程机制,在2017年末,该团队选取了480 个卵母细胞、23 个单精细胞、62个植入前胚胎,进一步解析了其全基因组甲基化水平,对人类植入前胚胎发育的各个阶段进行了单细胞分辨率的系统研究,发现人类植入前胚胎发育过程中存在整体的去甲基化过程以及特异性的DNA从头甲基化。在初期原核期到中期原核期,出现DNA从头甲基化,另外在4细胞期到8细胞期,也出现了甲基化水平的回升。


人类胚胎发育动态甲基化图谱

人类胚胎发育动态甲基化图谱[3]


研究进一步发现可利用DNA甲基化在早期胚胎发育过程中的不对称分配来追溯同一个胚胎中每个细胞的遗传谱系。研究发现从2细胞期到4细胞期,来源相同的两个细胞间,DNA 甲基化水平呈负相关。


根据甲基化水平相关性分析追溯遗传谱系

根据甲基化水平相关性分析追溯遗传谱系[3]


2018年2月,南京医科大学王强课题组与军科院放射医学研究所舒文杰课题组合作在Nature Genetics上发文,探讨了母亲肥胖导致胚胎缺陷的分子机制。研究人员利用高脂喂养(HFD)雌性小鼠,发现其后代早期发育中出现一系列缺陷,主要表现为胚胎发育迟缓或阻滞。利用蛋白组学技术对HFD雌性小鼠卵母细胞以及ND雌性小鼠卵母细胞进行检测分析,获得在HFD雌性小鼠卵母细胞中表达明显降低的蛋白——Stella。由于Stella蛋白缺失会影响DNA甲基化重塑,且荧光免疫实验也获得了甲基化水平变化的信息,文章进一步选取PN4期ND小鼠及HFD小鼠胚胎细胞进行单细胞全基因组甲基化测序,发现HFD小鼠合子细胞甲基化水平整体降低。


PN4期HFD小鼠胚胎甲基化水平整体降低

PN4期HFD小鼠胚胎甲基化水平整体降低[4]


安诺优势

作为国内单细胞测序技术整体解决方案的领导者,安诺基因不断进行技术革新,在单细胞全基因组甲基化方面具备突出的优势。


  1. 丰富的项目经验:100+

安诺基因团队与法国居里研究所、中国科学研究院、北大、清华、北医三院、北京协和医院、西南大学、南京医科大学等多家科研院所已有丰富的合作经验,参与了多项单细胞研究工作。


  2. 丰富的物种经验:30+

丰富的物种经验

  3. 稳定的C-T转化率:高达99.5%


  4. 高水平的实测数据


高水平的实测数据


人、小鼠的比对率均达到或超出参考文献水平(文献Mapped Ratio约为30%)。


目前安诺基因单细胞多组学研究解决方案已经丰富至三大组学(基因组、转录组、表观组),能够有针对性并准确服务于不同的研究领域及研究策略,使得科研工作者可以更深入地了解细胞间的异质性。

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安诺基因单细胞产品


参考文献:

[1] Smallwood Sébastien A, Lee Heather J, Angermueller Christof et al. Single-cell genome-wide bisulfite sequencing for assessing epigenetic heterogeneity[J]. Nat. Methods, 2014, 11(8): 817-820.

[2] Guo Hongshan, Zhu Ping, Yan Liying et al. The DNA methylation landscape of human early embryos[J]. Nature, 2014, 511(7511):606-10.

[3] Zhu Ping, Guo Hongshan, Ren Yixin et al. Single-cell DNA methylome sequencing of human preimplantation embryos[J]. Nat. Genet., 2018, 50(1): 12-19.

[4] Han Longsen, Ren Chao, Li Ling et al. Embryonic defects induced by maternal obesity in mice derive from Stella insufficiency inoocytes[J]. Nat. Genet., 2018, 50(3): 432-442.


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