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相信每一位使用或者计划使用单细胞转录组测序技术的小伙伴们都对10x Genomics不会陌生。10x Genomics 成立于2012年,总部位于美国加利福尼亚州。公司的创始人致力于开发一种能够提供更详细的基因组学信息的技术,从而更好地理解生物学和疾病机制。目前10x genomics已经开发了包括单细胞转录组、单细胞基因组、单细胞空间转录组等在内的多种技术,支撑着不同学科的科学研究。
原理
10x Genomics公司的单细胞转录组文库结构如下图所示,在Bead池中包括上百万个beads,每个beads上都“种”了上亿的序列,包括用于区分细胞的10x Barcode(2628bp)、用于区分不同转录本的UMI(812bp)以及用于捕获mRNA的Poly(dT)序列或者靶向区域的Capture Sequences。
细胞分选
通过双十字的微流控系统,细胞首先会在"水"(包含酶等)中被beads捕获,之后进入油中形成油包水混悬液。这里实现了每个beads对应一个细胞。在被包裹在微滴中,每个微滴内包含一个独特的 DNA 条形码。这个 DNA 条形码在后续步骤中将用于标识每个来自不同细胞的 RNA 分子。此外,在微滴中经细胞裂解之后,细胞的 RNA 会被逆转录成相应的互补 DNA(cDNA)。这样,所有来自同一个细胞的RNA就会携带同一个细胞barcodes,不同的mRNA则有不同的UMI。
文库结构
最终文库结构如图所示,默认是5’端测序,也可以选择适用于3‘端测序的文库结构。通过文库结构可以看出,测序的reads1主要包含细胞的barcode,UMI以及捕获序列。捕获序列无法进行mapping等操作,所以reads1的有效信息只有前面两个。真正用于比对基因定量的是reads2部分。
测序
对得到的10x genomics 文库进行PCR之后进行普通短读长双端测序(通常测120~150G),最终实现了高通量单细胞测序。单次可获得测序细胞大约在1万左右