单细胞组学数据库的研究进展

随着测序技术的发展，目前单细胞测序已经成为生命科学各研究方向的前沿技术.单细胞测序技术是指在单个细胞的水平上对其携带的遗传信息进行高通量测序分析的技术.在2011年和2013年，单细胞测序技术分别被《Nature Methods》和《Science》列为年度最值得期待和关注的技术之一.随后单细胞测序数据呈现指数级增长，使得在海量的数据中寻找有用信息成为一个难题，整合单细胞测序数据的数据库有效地解决了该问题.概述了近年来有关单细胞数据库的研究进展，结合单细胞测序技术的重要性探讨单细胞数据库的功能特点及适用范围，并提出未来单细胞数据库发展的趋势.     

单细胞转录组测序在肿瘤研究中的应用进展

单细胞RNA测序(scRNA-seq)是一种在单细胞水平上分析复杂组织转录的技术,可以识别单细胞基因组突变引起的差异基因表达,以及新的细胞特异性标记和细胞类型.在肿瘤研究的各个方面,scRNA-seq起着重要的作用.利用49篇文献综述了scRNA-seq的原理,重点是scRNA-seq在肿瘤异质性、发病机制和治疗中的应用.scRNA-seq为肿瘤研究提供了新的技术手段.     

基于生成对抗网络的scRNA-seq批次效应校正方法

单细胞转录组测序是一种在单细胞水平上测量基因表达的技术，已经广泛应用于生命科学研究领域.由于实验条件、技术平台、样本来源等因素的差异，单细胞转录组数据的批次效应会影响数据的可靠性和准确性.因此，批次效应校正是单细胞转录组数据分析的一个重要预处理步骤.提出了一种基于生成对抗网络的单细胞转录组测序数据批次效应校正算法scBCMGAN,结合自编码器和零膨胀负二项分布等对数据进行重构，在潜在层部分通过生成对抗网络使目标批次数据向源批次数据进行学习，达到校正批次效应的目标.实验结果表明该方法在真实数据集上具有显著优势，能够有效校正批次效应，且校正后数据适用于下游分析.     

基于改进的大间隔最近邻胰腺单细胞分类方法

【目的】细胞类型鉴定是单细胞RNA测序的关键步骤之一，存在单细胞RNA测序数据分类准确率较低及各细胞类型距离特征度量不足的问题。【方法】提出一种基于多相似性损失函数(Multi Similarity Loss, MSL)的大间隔最近邻(Large Margin Nearest Neighbor, LMNN)单细胞分类方法。多相似性损失从多个角度衡量相似性，解决了LMNN算法的三元组损失函数训练样本较小时样本对之间关系利用率不高的问题，从而提升单细胞分类效果。【结果】在胰腺单细胞数据集baron＿human和segerstolpe上的实验表明，基于MSL-LMNN的分类准确率高于主要度量学习方法，而且与随机森林结合的准确率达到0.96,较现有单细胞分类方法有所提升。【结论】提出的MSL-LMNN能够准确有效地识别胰腺单细胞测序数据细胞类型，具有一定的应用价值。     

2013值得关注的大科学领域

NO.1单细胞基因组测序 随着微流控技术、罕见细胞分离技术以及对单基因组破译能力的提高,单细胞基因组测序研究于2012年悄然崛起,并有望于201 3年获得重大突破. 多数的基因组测序是通过提取大量细胞中的DNA后进行的.为了获得足够的DNA进行测序,通常需要数以千计、甚至数以百万计的细胞.这种测序方法,忽略了细胞与细胞之间的差异.而这些差异对于控制基因表达、细胞行为和药物反应有可能是至关重要的.近年,科学家们发明了一种可以对一个细胞进行基因组测序的单细胞基因组测序技术,实现了从生命活动的最基本单位——细胞这个层次,去研究生物的生长、发育、生殖、遗传和变异等过程.如今,在微生物生态学、癌症基因组、法医学、微量诊断和遗传印记等研究中,单细胞基因组测序技术使其研究和检测更深入、更细致,从而带动基础科学新的发现,也将给人类对抗疾病、保障健康和提高生命寿命和质量带来很多新的机会.     

拟南芥花粉单细胞转录组分析

为了深入探究花粉基因表达的规律，应用单细胞技术对拟南芥花粉细胞进行了单细胞转录组测序.花粉单细胞RNA-seq结果表明，与叶片转录组相比，成熟花粉中大部分基因表达较低，可能与花粉转录沉默有关.花粉中富集果胶代谢、细胞骨架和钙信号转导等通路，与细胞壁形成和花粉管生长相关.花粉还富集组蛋白甲基化因子，说明花粉中存在表观遗传学调控.应用RT-PCR鉴定出6个花粉特异性表达且功能未知的基因，其中大多数为十字花科特有.总之，本研究精确定量了花粉细胞的基因表达谱，揭示出拟南芥花粉转录组的复杂性和独特性.     

万乘基因：打造单细胞测序“全方位闭环”

正让单细胞测序技术更简单易用,价格更加可负担,并且更快地推动这项技术走向标准化,成为施威扬教授创办万乘基因的初衷。在新冠肺炎疫情的冲击下,生物医药产业获得了更多的重视。其中,单细胞测序技术在此次防控疫情的过程中发挥了重要的作用。     

2013：共同期待更美好的未来

 Science杂志预测,2013年有6大科学领域值得关注：单细胞测序、“普朗克”探测微波背景辐射、人类连接组计划、探索南极冰下世界、癌症免疫疗法、基础植物研究.     

CRISPR/Cas系统在谱系追踪中的应用

CRISPR/Cas系统是细菌和古生菌的自适应免疫系统,其对基因组高效精准的编辑,极大地推动了发育生物学、表观遗传学、药物开发、疾病治疗等多个学科和研究领域的发展.CRISPR/Cas9系统诱导基因组DNA产生双链断裂,以非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ)的方式进行修复,因此会在剪切位置随机地引入短的插入和删除(insertions and deletions,indels).这些引入的indels作为区分细胞的标签,被称为条形码.细胞条形码技术已经被用于谱系追踪、基因组功能筛选等.而测序技术的飞速发展和成本的大幅度降低以及单细胞转录组测序技术的出现,可以在时间和空间层面同时对数百万个单细胞进行谱系追踪,记录细胞活动.本综述讨论了CRISPR/Cas系统的工作原理、细胞条形码技术和单细胞测序技术(scRNA-seq),以及两者结合产生的单细胞谱系追踪技术.     

一种基于集成学习策略的单细胞转录组数据集成分类算法

针对单细胞转录组数据上细胞分类准确率较低的问题, 提出一种新的细胞集成分类算法. 该方法能充分利用不同分类模型的优点, 降低单细胞数据的分类误差. 分别在慢性粒细胞白血病单细胞测序数据和三阴性乳腺癌单细胞测序数据两个不同数据集上进行实验验证, 实验结果表明， 由集成算法划分的细胞分类更清晰准确, 验证了该算法的有效性.     

单细胞RNA测序数据分析方法研究进展

[目的]综述当前单细胞RNA测序数据分析的关键流程和环节,介绍完成不同分析任务所需的代表性方法及流行的工具.[方法]通过调查文献调研,总结了当前单细胞RNA测序数据分析的流程和代表性工具.[结果]许多针对单细胞RNA测序数据的分析流程和工具被陆续开发出来,用于从海量数据中发掘生物学知识,进而揭示复杂疾病或表型背后潜在的分子机制.[结论]单细胞RNA测序在生命科学研究中扮演了极为重要的角色,良好的数据分析策略是决定能否有效揭示单细胞表达谱数据背后蕴含生物学信息的关键环节.目前单细胞RNA测序数据分析步骤和工具方法繁多,研究者应根据实际场景选择合适准确的分析方法与工具.     

染色质转座酶可及性测序及其在木本植物中的应用前景

染色质转座酶可及性测序 (assay for transposase-accessible chromatin with high-throughput sequencing, ATAC-seq)是2013年在人类免疫细胞中建立的用于研究表观遗传调控的重要技术。该技术已在人类及小鼠等模式动物的基因组调控元件鉴定、转录因子结合位点识别及转录调控机制的解析等研究领域发挥了重要作用。然而,ATAC-seq技术在植物领域中的研究应用还处于起步阶段,相关研究主要集中在拟南芥和水稻等模式植物中。笔者主要概述了ATAC-seq技术在植物中的应用,包括染色质可及性图谱绘制、抗逆机制解析、表观修饰鉴定及调控元件识别等领域的研究进展,并进一步阐述了ATAC-seq在木本植物中的应用潜力,以推动ATAC-seq技术在木本植物表观基因组学研究中的应用。     

单细胞RNA-seq数据缺失元素补全算法

基于非负矩阵分解模型, 提出一种新的数据补全算法. 该算法通过循环遍历确定最佳构造矩阵和rank值, 解决了单细胞转录组测序(RNA-seq)数据中存在缺失值的问题,  避免了由于单细胞测序深度不足对细胞分型分析的影响. 在慢性粒细胞白血病单细胞测序数据上的实验结果表明, 由补全算法恢复缺失值后的细胞分型更清晰, 验证了该算法的有效性.     

单细胞RNA-seq数据缺失元素补全算法

基于非负矩阵分解模型, 提出一种新的数据补全算法. 该算法通过循环遍历确定最佳构造矩阵和rank值, 解决了单细胞转录组测序(RNA-seq)数据中存在缺失值的问题,  避免了由于单细胞测序深度不足对细胞分型分析的影响. 在慢性粒细胞白血病单细胞测序数据上的实验结果表明, 由补全算法恢复缺失值后的细胞分型更清晰, 验证了该算法的有效性.     

癌症单细胞数据拷贝数变异检测方法

随着单细胞测序数据的异质性优势在癌症研究中的逐渐体现，现有拷贝数变异检测方法在检测单细胞数据时效果差的问题亟待解决。提出一种新的单细胞数据拷贝数变异检测方法（FL-CNV），通过动态窗口划分及数据估算对变异区间进行范围估计和断点确定，以明确拷贝数变异的断点位置和变异类型。所提方法突破了现有检测方法在单细胞数据上的局限性，对其检测效果在模拟数据和真实数据上进行了实验验证。结果表明：与现有方法相比，本文所提方法能显著提高拷贝数变异检测的精度和敏感度，且所得结果与比较基因组杂交（array-based comparative genomic hybridization，aCGH）的拷贝数变异进行了相关性验证，具有更高的可信度。     

植物差异表达基因克隆技术及研究进展

随着分子生物学技术的深入发展,植物基因组研究已经由以全基因组测序为目标的结构基因组学转向以基因功能鉴定为目标的功能基因组学研究,目前分离并克隆差异表达基因已成为生命科学研究的热点.近些年来,国内外学者发展了多种分析差异表达基因的技术来研究植物在不同发育阶段、不同生理状态下的基因表达状况,掌握了生命活动过程中的重要信息.文章对建立在RNA水平上克隆植物未知差异表达基因的几种关键技术及其研究进展进行了综述,阐述了各技术的原理、技术路线、优缺点及相应的改进方法,并对它们在植物抗逆研究中的应用现状及前景作了展望.     

单细胞蛋白研究现状和前景展望

本文概括了生产单细胞蛋白的单细胞生物特性、生产单细胞蛋白的原料、在饲料和食品工业中的应用以及生产原理;阐明了单细胞蛋白开发价值、存在问题以及解决方法;展望了生产前景.     

话说海藻

在辽阔富饶的海洋里,除了生活着形形色色的动物外,还有种类繁多、千姿百态的海洋植物。海洋植物可以简单地分为两大类:低等的藻类植物和高等的种子植物。藻类是古老而又原始的低等植物,广泛分布于江河湖沼和海洋中,其种类繁多、形态万千。有显微镜下才能看得见的单细胞硅藻、甲藻,也有长达二三百米的巨藻。目前已知的藻类共有8000多种,是植物界中的一大类群。藻类是含有叶绿素和其他辅助色素的低等自养型植物,植物体为单细胞、单细胞群体或多细胞等3种。藻类没有真正的     

焦磷酸测序技术的原理及应用

焦磷酸测序技术是由4种酶催化的同一反应体系中的酶级联化学发光反应，适于对已知的短序列的测序分析，其可重复性和精确性能与Sanger DNA测序法相媲美，而速度却大大的提高。焦磷酸测序技术不需要凝胶电泳，也不需要对DNA样品进行任何特殊形式的标记和染色，具备同时对大量样品进行测序分析的能力。在单核苷酸多态性、病原微生物快速鉴定、病因学和法医鉴定研究等方面有着越来越广泛的应用。     

紫外辐射诱导植物细胞DNA损伤的彗星检测

单细胞凝胶电泳(彗星检测)已广泛应用于动物细胞DNA损伤检测.该文报道了单细胞凝胶电泳应用于UV-B诱导植物细胞DNA损伤的检测.通过对动物细胞的单细胞凝胶电泳实验方法的改进,获得了在植物细胞中应用的最佳条件.以植物细胞原生质体为材料,并结合T4 Endonu lease V的运用,显著提高了UV-B诱导植物细胞DNA损伤提高彗星检测的敏感性和特异性.植物细胞DNA损伤的彗星图像经CASP软件处理并量化,结果表明:UV-A和UV-B均能诱导发生DNA单链断裂;UV-A在一定的剂量下诱导少量嘧啶二聚体的形成,而UV-B则强烈诱导嘧啶二聚体的产生.