Nature Methods：突破性单细胞表观基因组与转录组分析新技术

　　

生物通报道  由英国及比利时的研究人员开发出的一种新方法，使得在单细胞中同时研究表观基因组及转录组成为可能。发布在《自然方法》（Nature Methods）上的实验方案，可帮助科学家们精确描绘出DNA甲基化改变与基因表达之间的关系。

近年来单细胞测序技术发展迅速，被广泛用于研究细胞间的基因表达谱（转录组）差异。近期的一些单细胞实验方案也使得研究人员能够探索基因表达改变背后的驱动力——诸如DNA甲基化一类的DNA化学修饰。然而直到现在，都只能够分别研究单细胞转录组和表观基因组（延伸阅读：表观基因组和转录组数据分析新平台 ）。

EMBL欧洲生物信息学研究所(EMBL-EBI)的Oliver Stegle说：“这一新的实验方案让你可以并行分析同一单细胞中的DNA甲基化和RNA。我们的方法提供了有关单细胞DNA甲基化异质性与特定基因表达差异之间关系的首个直观视图。”

Wellcome Trust Sanger研究所及比利时天主教鲁汶大学的Thierry Voet解释说：“这种方法结合了我们从前开发的并行DNA与RNA测序实验方案及单细胞表观遗传学的新进展。生成的这种优化的方法最大限度地提高了可从单细胞处获得的生物信息量。”

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为了测试这一称作为scM&T-seq的方法，该研究小组利用了处于在不同基因表达状态之间不断切换的一个时期的小鼠胚胎干细胞(ESCs)。正像在早期胚胎细胞中一样，这些细胞的身份是易变而非固定的。研究人员并行利用了两种技术：一种揭示出有关表达的详细信息（有多少差异，异质性来自何处），一种研究了同一细胞中的DNA甲基化。在每个细胞中，他们获得了充分的覆盖度研究数千基因的表观遗传和转录组多样性。

Babraham研究所和Wellcome Trust Sanger研究所的Wolf Reik解释说：“ESCs的表观遗传状态是高度变化的，这种变化与基因表达改变有关联。人们认为我们看到的大多数转录变异性都是由DNA修饰所驱动，但现在我们获得了一种技术使得我们能够检测单细胞，发现以往未知的DNA甲基化与基因表达之间的关系。为了了解发育，阐明这些关系并让它们恢复正常真的非常重要。”

EMBL-EBI的Christof Angermueller补充说：“我们的统计方法揭示出了可变表观遗传区域与基因表达之间成百上千个的关联。这些关联可提供有关多能性维持机制及细胞分化调控机制的一些重要见解。”

下一步，研究人员期待这一新实验方案将为同时研究多个不同的分子层提供新机会。要了解单细胞中基因表达与DNA甲基化之间的关系，及鉴别出影响这种关系的因子，还将有一段很长的路要走。这样的研究对于了解正常发育，及与衰老和癌症同时出现的改变具有重要意义。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

Parallel single-cell sequencing links transcriptional and epigenetic heterogeneity

We report scM&T-seq, a method for parallel single-cell genome-wide methylome and transcriptome sequencing that allows for the discovery of associations between transcriptional and epigenetic variation. Profiling of 61 mouse embryonic stem cells confirmed known links between DNA methylation and transcription. Notably, the method revealed previously unrecognized associations between heterogeneously methylated distal regulatory elements and transcription of key pluripotency genes.