現代生命科學領域，單細胞測序這樣的高通量技術的優勢具體體現在哪裡？

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搬磚回來，填坑。

「單細胞測序」技術最重要的技術優勢就是可以解決細胞群體異質性的問題。這一點 @Xi Yang 已經回答過了。而這方面應用最廣泛的是腫瘤的進化演化研究。

舉個簡單的例子。常規測序中，實際上得到的是一堆細胞中，信號（變異）的均值：

甚至在極端例子中，個別信號會被當作異常值剔除：

而單細胞測序技術的出現，很好的解決了這個問題。研究者可以通過對生命的最小獨立遺傳單位進行測序，從而獲得更多信息。

比如這篇2011年的cell文章（Single-Cell Exome Sequencing Reveals Single-Nucleotide Mutation Characteristics of a Kidney Tumor: Cell），通過對單細胞測序結果聚類分析，得到從而更好地區分癌旁正常細胞以及癌細胞。一直困擾腫瘤組織測序的一個問題就是，如何保證取樣能夠儘可能多的取到腫瘤組織？單細胞測序很好的解決了這一問題。

但是不僅如此，單細胞技術還有別的一些優點，比如可以對珍貴微量樣品進行測序。這個優勢應用場景比較廣，例如可以對胚胎細胞進行單細胞測序，從而對胚胎進行植入前診斷，達到優生優育的目的。比如謝曉亮研發的MALBAC技術已經在這個方向上做的非常好了。詳見首例MALBAC胚胎全基因組擴增測序試管嬰兒在北醫三院誕生。

另外，想吐槽的一點是題干中說到的單細胞測序這樣的「高通量技術」的應用。其實現在的單細胞測序通量並不高……口吸管分離就不用說了，Fluidigm C1晶元一次處理的單細胞數量也不過96個，而流式細胞儀分選出的單細胞或多或少存在問題。所以現在來看，單細胞測序並不是一個高樣本通量的測序技術。而現在的研究越來越傾向於大細胞數量。一個項目測個百十個單細胞都不是什麼新鮮事。所以說，還是有很長路要走啊。

因為一個細胞群體是異質的。

比如你想看腫瘤的基因表達狀態，想測它的mRNA，看錶達譜。問題是，一大坨腫瘤細胞里，不見得都有相同的基因變異，而且不太可能都處於相同的狀態（細胞周期等）。那麼用傳統方法去測，弄一大堆數據出來，只能代表這些細胞的「平均」狀態，一些比較有個性、但又比較重要的狀態就會被抹平。

事實上，現在單細胞測序也有高通量的技術了 DROP-seq。搞上萬個細胞不是問題。但是single cell的noise model很麻煩 capture efficiency也不高，得到數據之後怎麼去噪，怎麼降維聚類就成了關鍵問題。現在研究的前沿已經轉向這類問題了。這裡有個整理過的reading list 可以看看裡面的文獻：

single cell RNA-seq

舉個實例吧

北大湯富酬課題組發表單細胞表觀多組學測序技術的最新研究成果

單細胞全基因組測序主要應用於腫瘤發生機制及胚胎髮育研究。單細胞轉錄組分析可以在全基因組範圍內挖掘基因調節網路，尤其適用於存在高度異質性的幹細胞及胚胎髮育早期的細胞群體。

2017年6月16日，北京大學生命科學學院生物動態光學成像中心湯富酬課題組在《Cell Research》雜誌在線發表了題為「Single-cell multi-omics sequencing of mouse early embryos and embryonic stem cells」的研究論文。在國際上率先發展了對一個單細胞同時進行染色質狀態、DNA甲基化、基因組拷貝數變異、以及染色體倍性的全基因組測序技術（single-cell COOL-seq），並採用這一技術在單細胞解析度上系統、深入地解析了小鼠著床前胚胎髮育過程中表觀基因組重編程的關鍵特徵，以及染色質狀態與DNA甲基化之間的互動關係。

現有的基於高通量測序來分析全基因組染色質狀態的研究方法通常需要大量細胞（例如ATAC-seq、DNase-seq、FAIRE-seq、MNase-seq等）。即使這些方法可以做到單細胞解析度，也無法在單細胞解析度上對多種組學之間的互動關係進行研究。而湯富酬課題組將NOMe-seq（全基因組核小體定位及DNA甲基化組測序）技術和PBAT-seq技術（全基因組重亞硫酸鹽測序）巧妙地結合起來（圖1），並進行了系統的優化和提高，實現了對同一個單細胞進行多達5個層面的基因組和表觀基因組特徵的分析。

該課題組利用這一新建立的scCOOL-seq方法，在單細胞解析度系統地描繪了小鼠著床前胚胎髮育過程中表觀基因組多個層面的動態變化。該項研究發現：

（1）受精後12小時以內，來自高度特化的卵細胞和精子的雌雄原核就經歷了大規模的基因組去甲基化。在此過程中，父母源基因組的染色體狀態迅速打開，在受精卵的原核期就已經達到高度開放的狀態，隨後在受精卵晚期染色質開放程度大幅度回落，並在2-細胞階段之後開放程度再次逐步增加，到囊胚期時達到最高點（圖2）。

（2）首次在單細胞解析度系統分析了小鼠著床前胚胎髮育過程中染色質狀態的異質性。該研究發現在受精後12個小時以內受精卵中大部分基因的啟動子區域就由均勻關閉狀態迅速重編程為均勻開放狀態，為合子基因在隨後的轉錄做好準備（圖2）。

（3）首次在單細胞解析度證明持續轉錄對於維持早期胚胎中大部分基因的啟動子處於開放狀態是必需的，染色質狀態開放和轉錄活動互相促進，共同維持合子基因的穩定表達。

（4）研究發現多能性核心因子Oct4的靶基因結合位點在4-細胞階段就處於開放狀態，遠早於真正建立多能性的囊胚期，暗示這些位點作為潛在的順式調控元件可能參與了早期胚胎細胞的命運決定過程。

（5）首次在單個細胞內對父母源基因組的染色質狀態以及DNA甲基化進行了深入分析。研究發現，受精後染色質狀態和DNA甲基化進行了不同步的重編程過程，父母源基因組的染色質狀態快速重編程、在每個單細胞中迅速達到精確平衡並一直維持。而DNA甲基化的重編程要慢一些並在父母源基因組之間維持不對稱分布（圖4）。

（6）首次在單細胞解析度解析了雌性胚胎細胞中父母源X染色體的DNA甲基化和染色質狀態重編程過程的異同。研究發現受精後，在雌性胚胎中失活的父源X染色體其DNA甲基化重編程速度要明顯慢於活躍的母源X染色體，二者之間DNA甲基化的差異一直到囊胚晚期才逐漸消除；而雌性胚胎中父母源X染色體同步進行快速的染色質狀態重編程，並在整個植入前時期維持這一父母源X染色體之間染色質狀態的精確平衡（圖5）。

（7）首次在單細胞解析度揭示了小鼠植入前胚胎髮育過程中表觀基因組的異質性。受精後，啟動子區域DNA甲基化異質性強烈的基因和染色質狀態異質性強烈的基因分別是兩類不同的基因。這暗示在小鼠著床前胚胎髮育的過程中，染色質狀態異質性和DNA甲基化異質性可能分別受不同機制的調控。

（8）首次在單細胞解析度將細胞周期與染色質狀態聯繫了起來，準確推斷出每個單細胞的倍性和細胞周期階段，並發現小鼠著床前胚胎在體內發育過程中和胚胎幹細胞使用了基本相同的一組DNA複製起始位點。

該研究系統地描繪了高度特化的配子在受精後重編程到具有發育全能性的受精卵、以及進一步發育成多能性胚胎的過程中，DNA甲基化和染色質狀態發生的精準、有序的變化，各個組學層面之間的互動關係，以及父母源基因組在著床前胚胎髮育中DNA甲基化和染色質狀態的重編程過程（圖6）。該工作為今後人們繼續研究哺乳動物早期胚胎細胞全能性和多能性的開啟奠定了基礎，同時為體細胞克隆效率的提高以及早期胚胎髮育異常的診斷與治療提供了新思路。

北京大學生命科學學院BIOPIC中心的博士後郭帆博士（現為四川大學研究員）、博士生李琳、李靜云為該論文的並列第一作者；北京大學生命科學學院湯富酬研究員和四川大學郭帆研究員為這篇文章的共同通訊作者。該研究工作由北京大學和四川大學共同合作完成，並且得到了國家自然科學基金委員會、北京未來基因診斷高精尖創新中心，以及北大-清華聯合中心的資助。

來源：科學網

只是默默來吐槽一句，單細胞測序不一定是高通量的吧。建議修改問題。

核心在於解決細胞異質性。單細胞測序並不一定是高通量測序，這是兩個不同的概念。單細胞測序是通過一定的技術手段（Limiting Dilution；Micromanipulator；LCM;FACS等），將單個細胞分離出來，然後利用全基因組擴增，或轉錄組擴增技術，得到足夠量的能夠進行下一步實驗的核酸。下一步實驗可以是高通量測序，也可以是其他的分子實驗。

目前單細胞測序主要有單細胞全基因組測序和單細胞轉錄組測序。單細胞全基因組擴增技術有DOP-PCR，MDA，MALBAC等，單細胞轉錄組擴增技術包括SMART-seq、MALBAC-RNA，10X Genomics GemCode?等。

優勢的話，舉個例子吧！

單細胞全基因組測序，可以應用於腫瘤、循環腫瘤細胞的研究，組成腫瘤的細胞本身差異很大，其基因組也不一樣，所以通過單細胞測序，可以了解不同的細胞基因組層面的差異。

單細胞轉錄組測序，應用於胚胎髮育的研究。胚胎髮育的不同時期，不同細胞的基因表達也存在著很大的差異，所以可以通過單細胞轉錄組測序的技術研究不同細胞間基因表達的差異。

總之，單細胞測序解決的就是細胞與細胞之間，基因組或者轉錄組層面的差異。應用領域也不局限與我上面提到的腫瘤和胚胎研究，包括神經學、免疫學等也有研究，在植物、微生物等領域也有應用到單細胞測序的文章。

換個思路來回答，從還原論的角度出發，科學最終一定會把研究對象一拆再拆，拆到在當前技術手段下拆無可拆，所以物理學會出現量子力學，生物學會出現單細胞組學和單分子測序，本質上都是對科學還原論的一種貫徹。單細胞水平的技術解決的是傳統技術手段下無法檢測到的細胞異質性的問題，也是從更微觀的角度給出對宏觀現象的解釋邏輯和對問題的解決方案。