从Cell学单细胞转录组分析(一):开端

你们要的单细胞转录组分析系列它来了！！！这个系列会很长，但是我们相信，从开端到结束，你一定能够上手单细胞转录组的分析！

单细胞测序的发展时至今日，已经非常成熟了，无论是细胞的捕获、还是建库、后期数据分析等都趋于完善。这一点可以从发表的文章看出，之前做个单细胞可以发顶级期刊，而如今，需要有很好的科学问题和机制研究才能发好的期刊。单纯的单细胞测序明显后劲不足！

从这个系列开始，我们将跟着一篇《Cell》文章学习单细胞转录组数据的下游分析，以及下游分析数据的个性化作图。

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我们的目标还是为初学者提供一份详细易懂的流程，在于拿到测序数据下游数据、或者单细胞数据挖掘时能够得心应手。也会对一些基本的概念解析，不会涉及深入算法的讨论。至于单细胞上游的分析，对于生信的要求较高，是个人提高的部分！

1、单细胞测序发展历程

从下图单细胞的发展历程来看，在上个世纪人们就开始探究单细胞的研究了。那么为什么要进行单细胞测序呢？为什么要在传统转录组测序的基础上进行单细胞测序呢？因为组织、器官虽然是一个整体，但是组成他们细胞却是异质性的，也就是有不同的细胞类群。如果单纯做传统转录组，我们得到的是所有细胞的平均贡献，也许有些细胞的特殊贡献被湮没了。而不同的细胞发挥着不同的功能。也许在有些疾病模型中，在疾病进程中，细胞会出现转化，迁移。单细胞测序能够更好的抓住这些细节问题。

单细胞测序最初要解决的两个重要的问题是单个细胞的捕获（细胞通量）和文库的建立（微量核酸扩增）。目前这两个问题已经得到了很好的解决，而且成本也在不断下降。单细胞捕获平台用的最多的是10X Genomics和BD，他们有各自的建库方法，后期测序都不成问题。

近几年，是单细胞转录组测序繁荣发展的主要时期，人的器官、很多动物都已经经理了单细胞测序。就连12生肖，除了龙找不到样本外，其余的无一例外都已经进行了各方面的单细胞测序研究。相信未来，单细胞测序会像当年的转录组测序一样，普及化。

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（图片来源：https://doi.org/10.1373/clinchem.2017.283895）

2、目前单细胞测序类型

• 单细胞转录组测序：单个细胞转录组水平测序

• 单细胞核测序：解决无法捕获完整细胞的测序策略

• 单细胞空间转录组测序：从组织到单细胞

• 单细胞ATAC测序：单细胞表观基因组学水平染色质可及性

• 单细胞蛋白组测序：目前不是特别成熟

• ......

3、单细胞测序基本原理

这里我们以10X Genomics为例，简述下单细胞测序原理。感兴趣的可以去B站获取更多资源，包括各种公司、单细胞大佬的视频讲座，相信听一遍会有收获。

首先我们需要解离组织（培养细胞或者外周血细胞则不需要）获得单细胞悬液，保证细胞活性至少80%以上，细胞活性对于后续的建库有影响，所以一定要保证活性（特殊细胞会有特殊要求）。10X Genomics运用微流控系统进行细胞分选，带有Barcode的Gel Beads 与水象的细胞和酶相结合，进入油相后形成单个的液滴。每个Barcode都是特殊设计的，Barcode带有一段每个细胞特异的UMI，用来标记细胞，也可以说每个Barcode代表一个细胞。最后，每个单个细胞滴在一个微孔中进行裂解，反转构建cDNA文库，每个微孔只包含一个细胞的转录组信息，并带有特殊标记，能够区别细胞！

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（图片来源：https://doi.org/10.1373/clinchem.2017.283895，有修改）

4、分析电脑配置要求

这个系列的分析是基于R语言的！

单细胞转录组分析不必神化，其实也很普通，只不过需要的步骤更多而已。对于普通学习者，不涉及上游分析，仅仅是下游数据的分析和可视化的话，一般的电脑即可。但是对于追求更高通量细胞，上有分析的小伙伴来说，需要更高的电脑配置，甚至需要借助服务器。如何选择电脑，生信技能树老师有发贴，感兴趣的小伙伴可以自行搜索！

单细胞转录组分析上车还是很快的，那就愉快的开始学习吧，有不周之处，或者错误，敬请指出，一起讨论进步。
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