01 技術(shù)原理
DNBelab C4技術(shù)是基于負壓的液滴微流控系統(tǒng),通過引入自主專利的液滴標簽技術(shù)(Disc-seq:Droplet-indexed high-throughput single-cell sequencing),將帶有標簽的捕獲磁珠與單個細胞或者細胞核包裹在液滴中,采用Droplet index的技術(shù)實現(xiàn)磁珠的超泊松分布,在液滴中完成細胞裂解和捕獲mRNA或DNA分子及用于識別來自同一液滴磁珠的標簽序列,對cDNA和Droplet index進行文庫構(gòu)建和測序,即可一次性獲得大量細胞的基因表達或染色質(zhì)開放區(qū)基因信息。此技術(shù)與常規(guī)液滴單細胞測序技術(shù)如Drop-seq平臺1%-3%的細胞回收率相比,回收率提高至30%-60%,顯著提高了細胞的利用率,降低了單次細胞投入量。
02 技術(shù)流程
單細胞測序的一般流程包括細胞懸液制備、單細胞分離、裂解、擴增、建庫、測序、數(shù)據(jù)分析等步驟。
scRNA-seq
該技術(shù)基于便攜的負壓裝置將帶有標簽的mRNA捕獲磁珠與單個細胞或者細胞核包裹在液滴中,采用Droplet index的技術(shù)實現(xiàn)磁珠的超泊松分布,在液滴中完成細胞裂解和捕獲mRNA分子及用于識別來自同一液滴磁珠的標簽序列,對cDNA和Droplet index進行文庫構(gòu)建和測序,即可一次性獲得大量細胞的基因表達信息。
圖1 基于自主標簽技術(shù)(Disc-seq)的單細胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù) scRNA-seq
scATAC-seq
單細胞ATAC-seq從組織或細胞富集細胞核,然后利用Tn5轉(zhuǎn)座酶對染色質(zhì)開放區(qū)進行切割,通過DNBelab C4單細胞設(shè)備,包裹轉(zhuǎn)座后的細胞核和帶有標簽的磁珠,在液滴內(nèi)完成染色質(zhì)開放區(qū)的富集和擴增,后續(xù)可根據(jù)高通量測序流程制備文庫并進行測序及生信分析,轉(zhuǎn)座后細胞核投入芯片5,000-15,000,獲取1,500-9,000細胞,雙包率 <5%。
03 建庫流程
scRNA-seq
1)逆轉(zhuǎn)錄:將生成的液滴經(jīng)過破乳后,構(gòu)建逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)體系完成 RNA 反轉(zhuǎn)錄。
2)二鏈合成:將反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物利用二鏈合成反應(yīng)體系進行二鏈合成。
3)PCR擴增:對合成的cDNA按照設(shè)置PCR反應(yīng)體系及參數(shù)進行PCR擴增。
4)cDNA及oligo產(chǎn)物純化:將PCR產(chǎn)物使用Cleanup Beads A完成純化,分別純化出cDNA和oligo產(chǎn)物。
5)文庫質(zhì)量檢測:取1μl cDNA及oligo產(chǎn)物使Qubit dsDNA HS Kit檢測濃度,使用Agilen DNA分析試劑盒檢測片段分布。
6)上機測序:文庫檢測合格,上機測序。
scATAC-seq
1)酶處理:將生成的液滴經(jīng)過破乳后,利用ATAC Enzyme II的反應(yīng)體系進行酶處理,去除冗余片段。
2)PCR擴增:對回收的DNA按照設(shè)置PCR反應(yīng)體系及參數(shù)進行PCR擴增。
3)PCR擴增產(chǎn)物純化:將PCR產(chǎn)物使用Cleanup Beads A完成純化。
4)文庫質(zhì)量檢測:取DNA產(chǎn)物使Qubit dsDNA HS Kit檢測濃度,使用2100 High Sensitivity Chip檢測片段分布。
5)上機測序:文庫檢測合格,上機測序。
04 測序策略
使用華大自主研發(fā)的國產(chǎn)化DNBSEQ Tx系列超高通量的測序儀進行測序。
scRNA-seq
測序讀長:30+100+10bp 測序數(shù)據(jù)量:500M reads
圖2 scRNA 測序策略示意圖
scATAC-seq
測序讀長 20+50+50bp 測序數(shù)據(jù)量:500M reads
圖3 scATAC測序策略示意圖
05 信息分析
圖4 食蟹猴組織/器官水平的單細胞UMAP聚類結(jié)果(左)以及通過質(zhì)控的每種組織中的細胞數(shù)量(右)
圖5 食蟹猴所有 cluster 的細胞類型注釋(左)以及通過質(zhì)控的每種細胞類型的細胞數(shù)量(右)
圖6 C4 scATAC-seq分析流程圖
C4 scATAC-seq 部分結(jié)果展示:
圖7A大鼠大腦皮層樣本scATAC-seq數(shù)據(jù)的UMAP聚類圖(共計29,023個單細胞核數(shù)據(jù));
圖7B不同細胞類型中marker基因及管家基因的染色質(zhì)開放區(qū)域圖(如Tmem119基因的TSS區(qū)域僅在microglia中檢測到,而在其他細胞類型中沒有)