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10x Genomics | 单细胞转录组测序完整解读
发布日期:2017-09-15浏览:
2016年,10x Genomics公司推出ChromiumTM系统,这是一套分子条形码和分析系统,由仪器、试剂盒和信息学软件组成,能全面对接Illumina测序仪。
 
作为单细胞测序领域的黑马,10x Genomics这款基于微流控技术的单细胞系统,可同时获得1000-10000个细胞的表达信息,实现对细胞群体的划分与细胞群体间基因表达差异的检测,是肿瘤细胞异质性、免疫细胞群体检测以及胚胎发育研究的黄金方法。
 
 
-应用方向-
 
10x Genomics单细胞应用广泛,可应用的细胞类型有:生殖细胞、胚胎细胞、神经细胞、免疫细胞、肿瘤细胞、干细胞、其他原代细胞。
 
主要的应用方向有:
(1)人类细胞图谱构建
可以对人体各种细胞进行测序,获得人体单细胞的转录组图谱,并基于基因表达将细胞分类,定义新的细胞,绘制所有细胞及其分子的空间组织方式,探索人体各个器官细胞复杂的基因网络在单个细胞中的运作机制,并了解各个细胞中这些网络的差异,以及各种细胞群体最终如何协同工作。
(2)肿瘤异质性研究
进行肿瘤细胞异质性研究、肿瘤细胞分群以及新类型细胞的发现,寻找新的致病途径和机制。
(3)干细胞发育以及分化
对同种干细胞全面剖析细胞异质性,鉴定不同表型的细胞,寻找不同类型干细胞的特异性标记(marker),解析干细胞发育和分化的分子机理。
(4)免疫方向研究
分析免疫细胞遗传物质的多样性以及病原体导致免疫细胞的高度异质性,从而理解机体复杂的免疫机制;并且可以鉴定稀有的免疫细胞类型,发现新的marker基因,便于更深层次地挖掘免疫细胞以及研究免疫反应的分子机理。
(5)神经系统发育研究
研究不同的神经元细胞的异质性以及神经元细胞的细胞分群情况,进一步神经元细胞是如何从神经干细胞分化产生分子调控机制,将会有助于我们了解疾病发生、发展的机制。 
(6)脑发育研究
可以获得人脑细胞基因表达的图谱,解析人脑细胞的异质性,获得人脑细胞的复杂的细胞类群,可以帮助我们更好地理解人脑正常功能及异常。
(7)胚胎细胞发育研究
可以细胞不同亚型的特征进行研究,构建细胞谱系,预测分化方向。
(8)疾病分型
用于发现发生异常增殖的细胞类型,结合传统病理学特征,辅助疾病分型。
 
以下,列出目前所有应用10x Chromium平台,已发表的案例文章。
 
 
-技术原理-
 
10x Genomics仪器小巧,但功能强大,具有通量高、灵活性强、流程简单、技术性能高、单个细胞制备成本低等优势,其技术核心是油滴包裹的凝胶珠(GEM),该系统有75万种barcoded beads,每个bead上有40-80万探针。
 
技术要点
> 8通道的微流体“双十字”交叉系统
> 含Barcoded RT Primers的Gel Beads、细胞和酶的混合物、油
> 三者结合形成GEMs,即包裹Gel Beads、细胞和酶的混合物的油滴
> GEMs被收集(单细胞捕获率≈65%)
 
 
技术流程
>GEM形成后,细胞裂解,凝胶珠自动溶解释放大量barcode序列,随后mRNA逆转录产生带有Barcode和UMI信息的cDNA。
 
 
>油滴破碎,cDNA为模板进行PCR扩增,然后进行cDNA打断、加测序接头P5及测序引物R1等传统二代测序的建库过程。
 
 
>测序后,得到每个细胞的转录组表达谱,Barcode标记细胞,UMI标记基因并记录表达量。
 
 
-数据分析-
 
Cell RangerTM分析流程,是10x Genomics针对ChromiumTM单细胞转录组测序开发的完整分析流程,结合转录比对数据和标示细胞的barcode信息,该流程能进行细胞聚类、差异基因筛选、差异基因功能分析。
 
 
 
 
后记:
 
10x Genomics作为单细胞领域的后起之秀,巧妙使用了Barcoding(条形码)和Microfluidics(微流体)技术,在单细胞分离、扩增原理上具有明显的优势。当然,10x Genomics ChromiumTM系统也在不断升级,最新推出的单细胞V(D)J测序,能全面、有效的分析100-100,000个人类T细胞的全长配对V(D)J转录本。我们相信,在单细胞测序技术帮助下,我们能更深入的理解基因组学、转录组学、表观遗传学。
 
晶能生物自2016年引进10x Genomics ChromiumTM系统,与国内多家重点单位合作,项目质量高,至今无失败案例。同时,公司提供个性化服务,实验团队带仪器上门服务,根据需求提供个性化分析。
 
干货 | 一文全面了解10x Genomics单细胞转录组测序
 
2016年,10x Genomics公司推出ChromiumTM系统,这是一套分子条形码和分析系统,由仪器、试剂盒和信息学软件组成,能全面对接Illumina测序仪。
 
作为单细胞测序领域的黑马,10x Genomics这款基于微流控技术的单细胞系统,可同时获得1000-10000个细胞的表达信息,实现对细胞群体的划分与细胞群体间基因表达差异的检测,是肿瘤细胞异质性、免疫细胞群体检测以及胚胎发育研究的黄金方法。
 
 (10x实拍)
 
-应用方向-
 
10x Genomics单细胞应用广泛,可应用的细胞类型有:生殖细胞、胚胎细胞、神经细胞、免疫细胞、肿瘤细胞、干细胞、其他原代细胞。
 
主要的应用方向有:
(1)人类细胞图谱构建
可以对人体各种细胞进行测序,获得人体单细胞的转录组图谱,并基于基因表达将细胞分类,定义新的细胞,绘制所有细胞及其分子的空间组织方式,探索人体各个器官细胞复杂的基因网络在单个细胞中的运作机制,并了解各个细胞中这些网络的差异,以及各种细胞群体最终如何协同工作。
(2)肿瘤异质性研究
进行肿瘤细胞异质性研究、肿瘤细胞分群以及新类型细胞的发现,寻找新的致病途径和机制。
(3)干细胞发育以及分化
对同种干细胞全面剖析细胞异质性,鉴定不同表型的细胞,寻找不同类型干细胞的特异性标记(marker),解析干细胞发育和分化的分子机理。
(4)免疫方向研究
分析免疫细胞遗传物质的多样性以及病原体导致免疫细胞的高度异质性,从而理解机体复杂的免疫机制;并且可以鉴定稀有的免疫细胞类型,发现新的marker基因,便于更深层次地挖掘免疫细胞以及研究免疫反应的分子机理。
(5)神经系统发育研究
研究不同的神经元细胞的异质性以及神经元细胞的细胞分群情况,进一步神经元细胞是如何从神经干细胞分化产生分子调控机制,将会有助于我们了解疾病发生、发展的机制。 
(6)脑发育研究
可以获得人脑细胞基因表达的图谱,解析人脑细胞的异质性,获得人脑细胞的复杂的细胞类群,可以帮助我们更好地理解人脑正常功能及异常。
(7)胚胎细胞发育研究
可以细胞不同亚型的特征进行研究,构建细胞谱系,预测分化方向。
(8)疾病分型
用于发现发生异常增殖的细胞类型,结合传统病理学特征,辅助疾病分型。
 
以下,列出目前所有应用10x Chromium平台,已发表的案例文章。
时间 杂志 影响因子 细胞类型
201612 Cell 30.409 Perturb-Seq构建细胞库
201612 Cell 30.409 Crisper技术构建细胞库
201701 Nature Communications 12.123 细胞系,外周血单核细胞
201703 BioRxiv - 人诱导多能干细胞
201704 Nature Method 25.062 细胞系,外周血单核细胞
201705 Nature 40.137 小肠干细胞
201705 Development 6.208 小鼠泪腺细胞
201707 Cell Stem Cell 23.393 小肠干细胞
 
-技术原理-
 
10x Genomics仪器小巧,但功能强大,具有通量高、灵活性强、流程简单、技术性能高、单个细胞制备成本低等优势,其技术核心是油滴包裹的凝胶珠(GEM),该系统有75万种barcoded beads,每个bead上有40-80万探针。
 (Gel Beads模式图)
 
技术要点
(1)8通道的微流体“双十字”交叉系统
(2)含Barcoded RT Primers的Gel Beads、细胞和酶的混合物、油
(3)三者结合形成GEMs,即包裹Gel Beads、细胞和酶的混合物的油滴
(4)GEMs被收集(单细胞捕获率≈65%)
 
 
技术流程
>GEM形成后,细胞裂解,凝胶珠自动溶解释放大量barcode序列,随后mRNA逆转录产生带有Barcode和UMI信息的cDNA。
 
>油滴破碎,cDNA为模板进行PCR扩增,然后进行cDNA打断、加测序接头P5及测序引物R1等传统二代测序的建库过程。
 
>测序后,得到每个细胞的转录组表达谱,Barcode标记细胞,UMI标记基因并记录表达量。
 
 
-数据分析-
 
Cell RangerTM分析流程,是10x Genomics针对ChromiumTM单细胞转录组测序开发的完整分析流程,结合转录比对数据和标示细胞的barcode信息,该流程能进行细胞聚类、差异基因筛选、差异基因功能分析。
 
 
 
 
后记:
10x Genomics作为单细胞领域的后起之秀,巧妙使用了Barcoding(条形码)和Microfluidics(微流体)技术,在单细胞分离、扩增原理上具有明显的优势。当然,10x Genomics ChromiumTM系统也在不断升级,最新推出的单细胞V(D)J测序,能全面、有效的分析100-100,000个人类T细胞的全长配对V(D)J转录本。我们相信,在单细胞测序技术帮助下,我们能更深入的理解基因组学、转录组学、表观遗传学。
 
晶能生物自2016年引进10x Genomics ChromiumTM系统,与国内多家重点单位合作,项目质量高,至今无失败案例。同时,公司提供个性化服务,实验团队带仪器上门服务,根据需求提供个性化分析。
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