北京大学第三医院的汤富酬研究员等采用先进的单细胞RNA测序技术，绘制出人类植入前胚胎和胚胎干细胞的转录组图谱，有望在干细胞领域改善人类辅助生殖技术，以及预测潜在遗传病产生的健康影响。研究成果发表在8月11日《自然结构与分子生物学》（Nature Structural & Molecular Biology）杂志上。[推荐阅读：单细胞全基因组测序曙光初现]
细胞在特定阶段转录的全部RNA称为转录组，其有助于全面理解细胞中基因表达和调控的作用。同一组织中细胞基因型几乎是一致的，而转录组往往不同，这能反映细胞间甲基化和组蛋白等修饰的差异；不同组织的细胞具有不同的转录组，这些信息可从生理功能和遗传表型的角度分析基因调控网络。
单细胞测序研究胚胎发育
人类胚胎发育早期仅能收集微量的胚胎细胞和干细胞，这对于了解控制胚胎发育的基因调控网络是一个难题（因为转录组分析一般需要大量的细胞）。对此，研究人员利用单细胞RNA测序技术对转录组进行分析，从而克服了转录组分析对细胞数量要求的限制。
在论文章中，研究人员利用单细胞测序技术分析了124个处于不同阶段的人类植入前胚胎和人类胚胎干细胞，由此生成的数据集检测出了22,687个母源表达（maternally expressed）基因，其中包括8,701条长链非编码RNAs（long noncoding RNAs ，lncRNAs），相比于以往通过cDNA微阵列检测出的9,735个母源基因数量大大增加。
研究人员还发现了2,733种新型lncRNAs，其中许多在特定的发育阶段表达。此外，他们还解答了人类上胚层（epiblast，EPI）和体外人类胚胎干细胞之间的基因表达标记是否相同这一由来已久的问题，证实上胚层细胞和原代人类胚胎干细胞生长物具有显著不同的转录组，有1498个基因显示差异性表达。
挑战细胞量限制的单细胞测序
单细胞测序技术是06年之后开始火起来的，能在单细胞水平上对基因组或转录谱进行扩增和测序。从技术流程上看，单细胞测序需要完成3个步骤：单细胞获取；多重扩增单细胞转录谱；高通量测序及组装。
——单细胞分选
一、Fluidigm公司的单细胞自动分选制备系统
Fluidigm公司基于微流控技术（1998年加州理工学院Stephen Quake博士发现的）研发出一种单细胞分选制备系统，包括C1™细胞分选仪和BIOMARK™ HD检测仪，可为基因组或转录组分析提供单细胞样本。让研究人员感到方便的是，该系统可自动完成包括单细胞捕获、裂解、逆转录、预扩增和最终检测在内的全部流程。
二、BD公司的FACSAria流式细胞仪
BD公司研发的FACSAria流式细胞仪，将荧光染色或标记的单细胞悬浊液压入高压电场中实现细胞分离。该细胞仪可在不同压力和速度下进行细胞分选，而分选后的同类细胞经过稀释或显微镜下挑选等方法为基因组测序或转录谱测序提供单细胞样本。该公司自1974年与美国斯坦福大学合作研制全球第一台流式细胞仪以来一直保持流式细胞技术的领先地位。
——可应用于单细胞测序的下一代测序仪
下一代单分子实时测序技术在纳米孔介质的基础上通过记录PH值、荧光和电流的改变，进而测出特定片段的碱基序列。目前，上市和待上市的下一代测序仪从技术特点上分为3个，它们是Life Technologies公司的Ion Torrent、Pacific Bioscience公司的PacBio RS和Oxford Nanopore Technologies公司的纳米孔测序仪。
一、Life Technologies公司的Ion Torrent
其核心技术是使用半导体技术在化学和数字信息之间建立直接的联系。在半导体芯片的微孔中固定DNA链，随后依次掺入ACGT。随着每个碱基的掺入，释放出氢离子，在它们穿过每个孔底部时能被检测到，通过对H+ 的检测，实时判读碱基。
Ion Torrent 半导体测序芯片的每个微孔里微球表面含有大约100 万个DNA 分子拷贝。测序时一个个核苷酸分子连续流过芯片微孔。如果核苷酸与特定微孔中的DNA 分子互补，则该核苷酸被合成到DNA 分子中，并且释放氢离子，该孔溶液的PH 发生变化。离子传感器检测到PH 变化后，即刻便从化学信息转变为数字电子信息。如果DNA 链含有两个相同的碱基，则记录电压信号是双倍的。
如果碱基不匹配，则无氢离子释放，也就没有电压信号的变化。这种方法属于直接检测DNA 的合成，因少了CCD 扫描，荧光激发等环节，几秒钟就可检测合成插入的碱基，大大缩短了运行时间。
二、Pacific Bioscience公司的PacBio RS
该测序仪的工作原理是，将基因组的DNA断开成许多很小的片段，这些小DNA片段制成溶液后滴入测序仪内的金属薄片上，金属薄片中分布着3000个纳米级小孔，这些纳米孔的直径不到70纳米，被滴入薄片上后，小DNA片段会分散到不同的纳米孔中。每个纳米孔中涂有一种特殊的酶——DNA聚合酶，DNA聚合酶 的特性是，能够沿着DNA片段的双链结构游动，在游动的过程中将DNA片段的双链结构打开，分成两个片段，也可为某个DNA单链找到对应的片段，重新组合 在一起，科学家将DNA聚合酶的作用形象地比喻成衣服的拉链，可开可合。
测序仪就是利用DNA聚合酶来“窃取人类的自然本性”的。一旦 DNA片段在纳米孔中分散完毕，向聚合酶分子滴入经过特殊处理的核苷酸溶液，谜底就会被揭开。核苷酸溶液中的每个核苷酸都用磷光染色剂做过标记，金属薄片 的底部也有一个缩微版光谱仪，一旦DNA片段中有核苷酸与之配对，标记物就会发出特定颜色的光，缩微版光谱仪就能检测并记录下这些闪光，测序仪从而记录下 每个DNA片段中的碱基对顺序。当闪光记录完之后，结果会输入计算机中，计算机破译出所有的DNA片段结果，并重新“组装”，让基因组恢复原样。
三、Oxford Nanopore Technologies公司的纳米孔测序仪
该测序仪有望在2013年上市，其工作原理是，单条DNA链将穿过蛋白孔，而第二种蛋白质将控制穿过的速度。随着碱基穿过纳米孔，它们改变了电流，带来特定的碱基组合。在理想的情况下，人们会看到每个碱基的典型模式，但目前的仪器将产生碱基三联体特有的模式，还需要通过计算机去卷积。
Oxford Nanopore Technologies公司在2012基因组生物学技术进展年会（AGBT）上宣布推出第一款商业化的纳米孔测序仪，引起了科学界的极大关注。纳米孔测序的读长很长，大约在几十kb，甚至100 kb；错误率目前介于1%至4%，且是随机错误，而不是聚集在读取的两端；数据可实时读取；通量很高（GridION有望在一天内以30倍覆盖度测序人类基因组）；起始DNA在测序过程中不被破坏；以及样品制备简单又便宜。
