Progress on Single-cell and Spatial Transcriptome Analysis
- Journal of Instrumental Analysis Vol. 41, Issue 9, Pages: 1322-1334(2022)
- 作者机构：
1.厦门大学 化学化工学院，福建 厦门 361005
2.上海交通大学 分子医学研究院，上海 200217
- 作者简介：
- 基金信息：
DOI：10.19969/j.fxcsxb.22052401
CLC：
扫 描 看 全 文
许醒,蔡林峰,张倩楠等.单细胞与空间转录组分析研究进展[J].分析测试学报,2022,41(09):1322-1334.
XU Xing,CAI Lin-feng,ZHANG Qian-nan,et al.Progress on Single-cell and Spatial Transcriptome Analysis[J].Journal of Instrumental Analysis,2022,41(09):1322-1334.
许醒,蔡林峰,张倩楠等.单细胞与空间转录组分析研究进展[J].分析测试学报,2022,41(09):1322-1334. DOI： 10.19969/j.fxcsxb.22052401.
XU Xing,CAI Lin-feng,ZHANG Qian-nan,et al.Progress on Single-cell and Spatial Transcriptome Analysis[J].Journal of Instrumental Analysis,2022,41(09):1322-1334. DOI： 10.19969/j.fxcsxb.22052401.
摘要
单细胞的异质性在胚胎发育、神经系统发育、癌症病变等生物学过程中具有重要的研究意义。单细胞转录组测序利用测序技术解析细胞内转录本序列，为细胞异质性研究提供可靠、准确的研究手段及观测视野，为揭示生物发育规律、疾病发生发展机制等提供了重要的技术手段。该文围绕单细胞与空间组学分析，综述了近年来发展的各类单细胞转录组测序、单细胞多组学测序及空间转录组分析方法，分析了其优缺点。同时展望了单细胞与空间转录组分析领域的发展趋势，即开发低成本、全方位、高通量、高分辨的单细胞空间多组学分析方法以实现对单个细胞更为细致、全面及准确的描述和精准单细胞图谱构建。
Abstract
Heterogeneity in single cells has important implications for embryo development，neurogenesis and cancer progress．Single-cell transcriptome sequencing，decoding transcript sequences within cells based on high-throughput sequencing technology，can provide reliable and accurate research methods for cellular heterogeneity study to reveal the rule of biological development and disease progress．Different methods for single-cell transcriptome sequencing，single-cell multi-omics sequencing and spatial transcriptome analysis in recent years are summarized in this review．Challenges and perspectives of single-cell and spatial transcriptome analysis are discussed．Low-cost，all-round，high-throughput，high-resolution single-cell spatially multi-omics analysis is helpful to construct comprehensive and accurate single-cell atlas.
关键词
单细胞测序转录组多组学空间转录组研究进展
Keywords
single-cell sequencingtranscriptomemulti-omicsspatial transcriptomeresearch progress
references
Gohil S H，Iorgulescu J B，Braun D A，Keskin D B，Livak K J．Nat. Rev. Clin. Oncol.，2021，18（4）：244－256.
Paik D T，Cho S，Tian L，Chang H Y，Wu J C．Nat. Rev. Cardiol.，2020，17（8）：457－473.
Dominguez Conde C，Xu C，Jarvis L B，Rainbow D B，Wells S B，Gomes T，Howlett S K，Suchanek O，Polanski K，King H W，Mamanova L，Huang N，Szabo P A，Richardson L，Bolt L，Fasouli E S，Mahbubani K T，Prete M，Tuck L，Richoz N，Tuong Z K，Campos L，Mousa H S，Needham E J，Pritchard S，Li T，Elmentaite R，Park J，Rahmani E，Chen D，Menon D K，Bayraktar O A，James L K，Meyer K B，Yosef N，Clatworthy M R，Sims P A，Farber D L，Saeb－Parsy K，Jones J L，Teichmann S A．Science，2022，376（6594）：eabl5197.
Eraslan G，Drokhlyansky E，Anand S，Fiskin E，Subramanian A，Slyper M，Wang J，Van Wittenberghe N，Rouhana J M，Waldman J，Ashenberg O，Lek M，Dionne D，Win T S，Cuoco M S，Kuksenko O，Tsankov A M，Branton P A，Marshall J L，Greka A，Getz G，Segre A V，Aguet F，Rozenblatt-Rosen O，Ardlie K G，Regev A．Science，2022，376（6594）：eabl4290.
Potter S S．Nat. Rev. Nephrol.，2018，14（8）：479－492.
Zheng L T，Qin S S，Si W，Wang A Q，Xing B C，Gao R R，Ren X W，Wang L，Wu X J，Zhang J，Wu N，Zhang N，Zheng H，Ouyang H Q，Chen K Y，Bu Z D，Hu X D，Ji J F，Zhang Z M．Science，2021，374（6574）：abe6474.
Tang F C，Barbacioru C，Wang Y Z，Nordman E，Lee C，Xu N L，Wang X H，Bodeau J，Tuch B B，Siddiqui A，Lao K Q，Surani M A．Nat. Methods， 2009，6（5）：377－382.
Picelli S，Faridani O R，Bjorklund A K，Winberg G，Sagasser S，Sandberg R．Nat. Protoc.，2014，9（1）：171－181.
Hagemann－Jensen M，Ziegenhain C，Chen P，Ramskold D，Hendriks G J，Larsson A J M，Faridani O R，Sandberg R．Nat. Biotechnol.，2020，38（6）：708－714.
Xu X，Wang J X，Wu L L，Guo J J，Song Y L，Tian T，Wang W，Zhu Z，Yang C Y．Small，2020，16（9）：e1903905.
Lin S C，Liu Y L，Zhang M X，Xu X，Chen Y W，Zhang H M，Yang C Y．Lab Chip，2021，21（20）：3829－3849.
Streets A M，Zhang X N，Cao C，Pang Y H，Wu X L，Xiong L，Yang L，Fu Y S，Zhao L，Tang F C，Huang Y Y．Proc. Natl. Acad. Sci. USA，2014，111（19）：7048－7053.
Xin Y R，Kim J，Ni M，Wei Y，Okamoto H，Lee J，Adler C，Cavino K，Murphy A J，Yancopoulos G D，Lin H C，Gromada J．Proc. Natl. Acad. Sci. USA，2016，113（12）：3293－3298.
Sarma M，Lee J，Ma S，Li S，Lu C．Lab Chip，2019，19（7）：1247－1256.
Xu X，Zhang Q Q，Song J，Ruan Q Y，Ruan W D，Chen Y J，Yang J，Zhang X B，Song Y L，Zhu Z，Yang C Y．Anal. Chem.，2020，92（12）：8599－8606.
Zhang Q Q，Xu X，Lin L，Yang J，Na X，Chen X，Wu L L，Song J，Yang C Y．Lab Chip，2022，22（10）：1971－1979.
Hashimshony T，Senderovich N，Avital G，Klochendler A，de Leeuw Y，Anavy L，Gennert D，Li S Q，Livak K J，Rozenblatt－Rosen O，Dor Y，Regev A，Yanai I．Genome Biol.，2016，17：77.
Macosko E Z，Basu A，Satija R，Nemesh J，Shekhar K，Goldman M，Tirosh I，Bialas A R，Kamitaki N，Martersteck E M，Trombetta J J，Weitz D A，Sanes J R，Shalek A K，Regev A，McCarroll S A．Cell，2015，161（5）：1202－1214.
Klein A M，Mazutis L，Akartuna I，Tallapragada N，Veres A，Li V，Peshkin L，Weitz D A，Kirschner M W．Cell，2015，161（5）：1187－1201.
Gierahn T M，Wadsworth M H，Hughes T K，Bryson B D，Butler A，Satija R，Fortune S，Love J C，Shalek A K．Nat. Methods，2017，14（4）：395－398.
Han X P，Wang R Y，Zhou Y C，Fei L J，Sun H Y，Lai S J，Saadatpour A，Zhou Z M，Chen H D，Ye F，Huang D S，Xu Y，Huang W T，Jiang M M，Jiang X Y，Mao J，Chen Y，Lu C Y，Xie J，Fang Q，Wang Y B，Yue R，Li T F，Huang H，Orkin S H，Yuan G C，Chen M，Guo G J．Cell，2018，172（5）：1091－1107.
Bai Z L，Deng Y X，Kim D，Chen Z，Xiao Y，Fan R．ACS Nano，2020，14（6）：7412－7424.
Cheng Y H，Chen Y C，Lin E，Brien R，Jung S，Chen Y T，Lee W，Hao Z J，Sahoo S，Kang H M，Cong J，Burness M，Nagrath S，Wicha M S，Yoon E．Nat. Commun.，2019，10（1）：2163.
Bues J，Biocanin M，Pezoldt J，Dainese R，Chrisnandy A，Rezakhani S，Saelens W，Gardeux V，Gupta R，Sarkis R，Russeil J，Saeys Y，Amstad E，Claassen M，Lutolf M P，Deplancke B．Nat. Methods，2022，19（3）：323－330.
Zhang M X，Zou Y，Xu X，Zhang X B，Gao M X，Song J，Huang P F，Chen Q，Zhu Z，Lin W，Zare R N，Yang C Y．Nat. Commun.，2020，11（1）：2118.
Yin K，Zhao M J，Lin L，Chen Y W，Huang S Q，Zhu C，Liang X，Lin F H，Wei H P，Zeng H M，Zhu Z，Song J，Yang C Y．Small Methods，2022，6（7）：e2200341.
Cao J Y，Packer J S，Ramani V，Cusanovich D A，Huynh C，Daza R，Qiu X J，Lee C，Furlan S N，Steemers F J，Adey A，Waterston R H，Trapnell C，Shendure J．Science，2017，357（6352）：661－667.
Rosenberg A B，Roco C M，Muscat R A，Kuchina A，Sample P，Yao Z Z，Graybuck L T，Peeler D J，Mukherjee S，Chen W，Pun S H，Sellers D L，Tasic B，Seelig G．Science，2018，360（6385）：176－182.
Datlinger P，Rendeiro A F，Boenke T，Senekowitsch M，Krausgruber T，Barreca D，Bock C．Nat. Methods，2021，18（6）：635－642.
Chen Y W，Song J，Ruan Q Y，Zeng X，Wu L L，Cai L F，Wang X Q，Yang C Y．Small Methods，2021，5（6）：e2100111.
Macaulay I C，Ponting C P，Voet T．Trends Genet.，2017，33（2）：155－168.
Dey S S，Kester L，Spanjaard B，Bienko M，van Oudenaarden A．Nat. Biotechnol.，2015，33（3）：285－289.
Macaulay I C，Haerty W，Kumar P，Li Y I，Hu T X，Teng M J，Goolam M，Saurat N，Coupland P，Shirley L M，Smith M，van der Aa N，Banerjee R，Ellis P D，Quail M A，Swerdlow H P，Zernicka－Goetz M，Livesey F J，Ponting C P，Voet T．Nat. Methods，2015，12（6）：519－522.
Hou Y，Guo H H，Cao C，Li X L，Hu B Q，Zhu P，Wu X L，Wen L，Tang F C，Huang Y Y，Peng J R．Cell Res.，2016，26（3）：304－319.
Han K Y，Kim K T，Joung J G，Son D S，Kim Y J，Jo A，Jeon H J，Moon H S，Yoo C E，Chung W，Eum H H，Kim S，Kim H K，Lee J E，Ahn M J，Lee H O，Park D，Park W Y．Genome Res.，2018，28（1）：75－87.
Yin Y，Jiang Y，Lam K G，Berletch J B，Disteche C M，Noble W S，Steemers F J，Camerini－Otero R D，Adey A C，Shendure J．Mol. Cell，2019，76（4）：676－690.
Albayrak C，Jordi C A，Zechner C，Lin J，Bichsel C A，Khammash M，Tay S．Mol. Cell，2016，61（6）：914－924.
Lin J，Jordi C，Son M，van Phan H，Drayman N，Abasiyanik M F，Vistain L，Tu H L，Tay S．Nat. Commun.，2019，10（1）：3544.
Peterson V M，Zhang K X，Kumar N，Wong J，Li L，Wilson D C，Moore R，McClanahan T K，Sadekova S，Klappenbach J A．Nat. Biotechnol.，2017，35（10）：936－939.
Stoeckius M，Hafemeister C，Stephenson W，Houck－Loomis B，Chattopadhyay P K，Swerdlow H，Satija R，Smibert P．Nat. Methods，2017，14（9）：865－868.
Delley C L，Liu L，Sarhan M F，Abate A R．Sci. Rep.，2018，8（1）：2919.
Mimitou E P，Cheng A，Montalbano A，Hao S，Stoeckius M，Legut M，Roush T，Herrera A，Papalexi E，Ouyang Z，Satija R，Sanjana N E，Koralov S B，Smibert P．Nat. Methods，2019，16（5）：409－412.
Xu X，Zhang M X，Zhang X B，Liu Y L，Cai L F，Zhang Q Q，Chen Q，Lin L，Lin S C，Song Y L，Zhu Z，Yang C Y．Anal. Chem.，2022，94（23）：8164－8173.
Gerlach J P，van Buggenum J A G，Tanis S E J，Hogeweg M，Heuts B M H，Muraro M J，Elze L，Rivello F，Rakszewska A，van Oudenaarden A，Huck W T S，Stunnenberg H G，Mulder K W．Sci. Rep.，2019，9（1）：1469.
Cao J Y，Cusanovich D A，Ramani V，Aghamirzaie D，Pliner H A，Hill A J，Daza R M，McFaline－Figueroa J L，Packer J S，Christiansen L，Steemers F J，Adey A C，Trapnell C，Shendure J．Science，2018，361（6409）：1380－1385.
Zhu C X，Yu M，Huang H，Juric I，Abnousi A，Hu R，Lucero J，Behrens M M，Hu M，Ren B．Nat. Struct. Mol. Biol.，2019，26（11）：1063－1070.
Chen S，Lake B B，Zhang K．Nat. Biotechnol.，2019，37（12）：1452－1457.
Chen A F，Parks B，Kathiria A S，Ober－Reynolds B，Goronzy J J，Greenleaf W J．Nat. Methods，2022，19：547－553.
Angermueller C，Clark S J，Lee H J，Macaulay I C，Teng M J，Hu T X，Krueger F，Smallwood S，Ponting C P，Voet T，Kelsey G，Stegle O，Reik W．Nat. Methods，2016，13（3）：229－232.
Hu Y J，Huang K，An Q，Du G Z，Hu G L，Xue J F，Zhu X M，Wang C Y，Xue Z G，Fan G P．Genome Biol.，2016，17：88.
Luo C Y，Keown C L，Kurihara L，Zhou J T，He Y P，Li J H，Castanon R，Lucero J，Nery J R，Sandoval J P，Bui B，Sejnowski T J，Harkins T T，Mukamel E A，Behrens M M，Ecker J R．Science，2017，357（6351）：600－604.
Clark S J，Argelaguet R，Kapourani C A，Stubbs T M，Lee H J，Alda－Catalinas C，Krueger F，Sanguinetti G，Kelsey G，Marioni J C，Stegle O，Reik W．Nat. Commun.，2018，9（1）：781.
Yan R，Gu C，You D，Huang Z Y，Qian J J，Yang Q Y，Cheng X，Zhang L，Wang H M，Wang P，Guo F．Cell Stem. Cell，2021，28（9）：1641－1656.
Chen Y W，Qian W Z，Lin L，Cai L F，Yin K，Jiang S W，Song J，Han R P S，Yang C Y．Small Methods，2021，5（11）：e2100722.
Liao J，Lu X Y，Shao X，Zhu L，Fan X H．Trends Biotechnol.，2021，39（1）：43－58.
Chen J，Suo S B，Tam P P，Han J J，Peng G D，Jing N H．Nat. Protoc.，2017，12（3）：566－580.
Nichterwitz S，Nijssen J，Storvall H，Schweingruber C，Comley L H，Allodi I，Lee M V，Deng Q，Sandberg R，Hedlund E．Genome Res.，2020，30（8）：1083－1096.
Lubeck E，Coskun A F，Zhiyentayev T，Ahmad M，Cai L．Nat. Methods，2014，11（4）：360－361.
Chen K H，Boettiger A N，Moffitt J R，Wang S，Zhuang X W．Science，2015，348（6233）：aaa6090.
Su J H，Zheng P，Kinrot S S，Bintu B，Zhuang X W．Cell，2020，182（6）：1641－1659.
Chen R C，Blosser T R，Djekidel M N，Hao J J，Bhattacherjee A，Chen W Q，Tuesta L M，Zhuang X W，Zhang Y．Nat. Neurosci.，2021，24（12）：1757－1771.
Shah S，Takei Y，Zhou W，Lubeck E，Yun J，Eng C L，Koulena N，Cronin C，Karp C，Liaw E J，Amin M，Cai L．Cell，2018，174（2）：363－376.
Eng C L，Lawson M，Zhu Q，Dries R，Koulena N，Takei Y，Yun J N，Cronin C，Karp C，Yuan G C，Cai L．Nature，2019，568（7751）：235－239.
Deng R J，Zhang K X，Wang L D，Ren X J，Sun Y P，Li J H．Chem，2018，4（6）：1373－1386.
Ke R Q，Mignardi M，Pacureanu A，Svedlund J，Botling J，Wahlby C，Nilsson M. Nat. Methods，2013，10（9）：857－860.
Lee J H，Daugharthy E R，Scheiman J，Kalhor R，Yang J L，Ferrante T C，Terry R，Jeanty S S F，Li C，Amamoto R，Peters D T，Turczyk B M，Marblestone A H，Inverso S A，Bernard A，Mali P，Rios X，Aach J，Church G M．Science，2014，343（6177）：1360－1363.
Alon S，Goodwin D R，Sinha A，Wassie A T，Chen F，Daugharthy E R，Bando Y，Kajita A，Xue A G，Marrett K，Prior R，Cui Y，Payne A C，Yao C C，Suk H J，Wang R，Yu C J，Tillberg P，Reginato P，Pak N，Liu S，Punthambaker S，Iyer E P R，Kohman R E，Miller J A，Lein E S，Lako A，Cullen N，Rodig S，Helvie K，Abravanel D L，Wagle N，Johnson B E，Klughammer J，Slyper M，Waldman J，Jane－Valbuena J，Rozenblatt－Rosen O，Regev A，Consortium I，Church G M，Marblestone A H，Boyden E S．Science，2021，371（6528）：eaax2656.
Ståhl P L，Salmen F，Vickovic S，Lundmark A，Navarro J F，Magnusson J，Giacomello S，Asp M，Westholm J O，Huss M，Mollbrink A，Linnarsson S，Codeluppi S，Borg A，Ponten F，Costea P I，Sahlen P，Mulder J，Bergmann O，Lundeberg J，Frisen J．Science，2016，353（6294）：78－82.
Rodriques S G，Stickels R R，Goeva A，Martin C A，Murray E，Vanderburg C R，Welch J，Chen L M，Chen F，Macosko E Z．Science，2019，363（6434）：1463－1467.
Vickovic S，Eraslan G，Salmen F，Klughammer J，Stenbeck L，Schapiro D，Aijo T，Bonneau R，Bergenstrahle L，Navarro J F，Gould J，Griffin G K，Borg A，Ronaghi M，Frisen J，Lundeberg J，Regev A，Stahl P L．Nat. Methods，2019，16（10）：987－990.
Cho C S，Xi J Y，Si Y C，Park S R，Hsu J E，Kim M，Jun G，Kang H M，Lee J H．Cell，2021，184（13）：3559－3572.
Chen A，Liao S，Cheng M N，Ma K L，Wu L，Lai Y W，Qiu X J，Yang J，Xu J S，Hao S J，Wang X，Lu H F，Chen X，Liu X，Huang X，Li Z，Hong Y，Jiang Y J，Peng J，Liu S，Shen M Z，Liu C Y，Li Q S，Yuan Y，Wei X Y，Zheng H W，Feng W M，Wang Z F，Liu Y，Wang Z H，Yang Y Z，Xiang H T，Han L，Qin B M，Guo P C，Lai G Y，Munoz－Canoves P，Maxwell P H，Thiery J P，Wu Q F，Zhao F X，Chen B C，Li M，Dai X，Wang S，Kuang H Y，Hui J H，Wang L Q，Fei J F，Wang O，Wei X F，Lu H R，Wang B，Liu S P，Gu Y，Ni M，Zhang W W，Mu F，Yin Y，Yang H M，Lisby M，Cornall R J，Mulder J，Uhlen M，Esteban M A，Li Y X，Liu L Q，Xu X，Wang J．Cell，2022，185（10）：1777－1792.
Liu Y，Yang M Y，Deng Y X，Su G，Enninful A，Guo C C，Tebaldi T，Zhang D，Kim D，Bai Z，Norris E，Pan A，Li J T，Xiao Y，Halene S，Fan R．Cell， 2020，183（6）：1665－1681.
Deng Y X，Bartosovic M，Ma S，Zhang D，Liu Y，Qin X Y，Su G，Xu M L，Halene S，Craft J E，Castelo－Branco G，Fan R. bioRxiv，2021．DOI：10.21203/rs.3.rs－593462/v1http://dx.doi.org/10.21203/rs.3.rs－593462/v1.
Deng Y X，Bartosovic M，Kukanja P，Zhang D，Liu Y，Su G，Enninful A，Bai Z L，Castelo－Branco G，Fan R．Science，2022，375（6581）：681－686.
Lee J H，Daugharthy E R，Scheiman J，Kalhor R，Ferrante T C，Terry R，Turczyk B M，Yang J L，Lee H S，Aach J，Zhang K，Church G M．Nat. Protoc.，2015，10：442－458.
Bergenstrahle J，Larsson L，Lundeberg J．BMC Genomics，2020，21（1）：482.
0
Views
8
下载量
1
CSCD
- L-PDFDownload
- Meta-XMLDownload
- BibTeXDownload
- EndnoteDownload
- RefMan Download
- NoteExpressDownload
- NoteFirstDownload
Publicity Resources
Related Articles
Related Author
Related Institution
- Address：100 Xianlie Middle Road, Guangzhou Postal code：510070
- Tel：020-87684776,37656606 Fax：020-87684776 Email：fxcsxb@china.com
- Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 粤ICP备12017312号-3
京公网安备11010802024621 - It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
- Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.
