单细胞测序这种基于高通的技术有什么优势？
2017年6月6日，北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心唐福桥课题组在《细胞研究》杂志在线发表了题为《小鼠早期胚胎和胚胎干细胞的单细胞多组学测序》的研究论文。在世界上首次开发了在单个细胞上同时进行染色质状态、DNA甲基化、基因组拷贝数变异和染色体倍性的全基因组测序技术(单细胞COOL-seq)，并利用该技术在单细胞分辨率上系统深入地分析了小鼠植入前胚胎发育过程中表观基因组重编程的关键特征以及染色质状态和DNA甲基化之间的相互作用关系。？
现有的基于高通量测序分析全基因组染色质状态的研究方法，通常需要大量的细胞(如ATAC-seq、DNase-seq、FAIRE-seq、MNase-seq等。).即使这些方法能够达到单细胞分辨率，也无法在单细胞分辨率下研究各种组学之间的相互作用。然而，唐福秋的研究组巧妙地将NOMe-seq(全基因组核小体定位和DNA甲基化测序)技术与PBAT-seq技术相结合，并对系统进行了优化和改进，实现了对同一单细胞的基因组和表观基因组特征多达五个水平的分析。？利用这种新建立的scCOOL-seq方法，研究组以单细胞分辨率系统地描述了小鼠植入前胚胎发育过程中多水平表观基因组的动态变化。研究发现:
在受精后12小时内，来自高度特化的卵子和精子的雄性和雌性原核经历了大规模的基因组去甲基化。在这个过程中，亲本基因组的染色体状态迅速开放，在受精卵的原核期达到高度开放状态，然后在受精卵后期染色质开放度急剧下降，2-细胞期后又逐渐增加，在胚泡期达到最高点。？
首次用单细胞分辨率系统分析了小鼠植入前胚胎发育过程中染色质状态的异质性。发现在受精后12小时内，受精卵中大部分基因的启动子区域由一致关闭状态快速重编程为一致开启状态，为受精卵基因的后续转录做好了准备。？
在单细胞分辨中首次证明，维持早期胚胎中大多数基因的启动子处于开放状态需要持续转录，染色质状态开放和转录活性相互促进，* * *维持合子基因的稳定表达。？
发现多能性核心因子Oct4的靶基因结合位点在4细胞期开放，远早于多能性真正建立的胚泡期，提示这些位点作为潜在的顺式调控元件，可能参与早期胚胎细胞的命运决定过程。？
首次在单个细胞中对亲本基因组的染色质状态和DNA甲基化进行了深入分析。发现受精后染色质状态和DNA甲基化被异步重编程，亲本基因组的染色质状态被快速重编程，在每个单细胞中达到精确的平衡并一直维持。DNA甲基化的重编程较慢，并且在亲代基因组之间保持不对称分布。？
首次在单细胞分辨率下分析了女性胚胎细胞中亲本X染色体DNA甲基化和染色质状态重编程的异同。结果发现，受精后，女性胚胎中失活的父系X染色体的DNA甲基化重编程速度明显慢于活跃的母系X染色体，两者之间的DNA甲基化差异逐渐消除，直至囊胚晚期。然而，在女性胚胎中，亲本X染色体被快速重新编程，并且亲本X染色体之间染色质状态的精确平衡在整个植入前期间得以维持。？
小鼠植入前胚胎发育表观基因组的异质性首次在单细胞水平上被揭示。受精后，启动子区DNA甲基化异质性强的基因和染色质状态异质性强的基因是两种不同类型的基因。这表明着床前小鼠胚胎发育过程中染色质状态和DNA甲基化的异质性可能受到不同机制的调节。？
首次将细胞周期和染色质状态在单细胞分辨率上联系起来，准确推断出每个单细胞的倍性和细胞周期阶段。发现小鼠胚胎在体内发育期间使用与胚胎干细胞基本相同的一组DNA复制起始位点。？
本研究系统描述了高度特化配子在受精后重编程为具有发育全能性的受精卵并进一步发育为多能胚胎过程中，DNA甲基化和染色质状态的精确有序变化，各种组学水平之间的相互作用，以及植入前胚胎发育过程中亲本基因组中DNA甲基化和染色质状态的重编程过程。这项工作为今后人们继续研究哺乳动物早期胚胎细胞全能性和多能性的开放奠定了基础，为提高体细胞克隆的效率和早期胚胎发育不良的诊治提供了新思路。？北京大学生命科学学院生命科学中心博士后郭帆、博士生林莉和李景云是本文的第一作者。北京大学生命科学学院唐研究员和四川大学研究员是本文的* * *合著者。该研究工作由北京大学和四川大学共同完成，得到了国家自然科学基金、北京未来基因诊断高新技术创新中心、北京大学-清华联合中心的支持。