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當(dāng)前位置:首頁 > 單細(xì)胞測(cè)序

什么是單細(xì)胞測(cè)序

單細(xì)胞測(cè)序(single cell sequencing)是指在單個(gè)細(xì)胞水平上,揭示全基因組范圍內(nèi)的所有基因表達(dá)情況,包括鑒定組織細(xì)胞類型,反映不同樣本間的細(xì)胞異質(zhì)性和組織微環(huán)境,讓您真正了解一塊Bulk組織的每一個(gè)細(xì)胞的真實(shí)狀態(tài)和關(guān)聯(lián),呈現(xiàn)更加真實(shí)和全面的細(xì)胞世界。 2013年,單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)被《Nature Methods》列為年度技術(shù),同年位居《Science》年度最值得關(guān)注的六大領(lǐng)域榜首;2015年再登Science轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)封面,2018年位居《Science》十大科學(xué)突破榜首。目前,單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)在腫瘤、發(fā)育生物學(xué)、微生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、以及植物學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,已經(jīng)成為生命科學(xué)研究的焦點(diǎn)。

烈冰單細(xì)胞測(cè)序優(yōu)勢(shì)

烈冰單細(xì)胞測(cè)序?yàn)榱藴?zhǔn)確快速地進(jìn)行單細(xì)胞測(cè)序研究,基于前沿的研究文獻(xiàn)進(jìn)行多重優(yōu)化,真正做到準(zhǔn)確可靠全面的單細(xì)胞測(cè)序解析

  • 10X Genomics
  • BD Rhapsody
  • PanoCell
  • BD FACSMelody

10X Genomics單細(xì)胞捕獲平臺(tái)起源自Drop-Seq技術(shù),通過"雙十字"微流控系統(tǒng)形成一個(gè)個(gè)含有細(xì)胞和凝膠微珠(aelbead)的油包水的乳滴(GFMs),其核心技術(shù)在干凝膠微珠美面的引物序列,由標(biāo)記細(xì)胞的Barcode、標(biāo)記細(xì)胞內(nèi)mRNA的UMI和捕獲mRNA的PolvdT組成。10X Genomics ChromiumTM系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)千至數(shù)百萬個(gè)單細(xì)胞的分析,解決常規(guī)scRNA-seq在通量或擴(kuò)展性方面存在的不足。

BD Rhapsody?單細(xì)胞分析系統(tǒng)的誕生基于 BD 在細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域 40年的專業(yè)技術(shù), 采用CytoSeq特有的蜂窩板技術(shù)進(jìn)行單細(xì)胞捕獲。該技術(shù)用20W+的微孔(該數(shù)量級(jí)遠(yuǎn)大于Input細(xì)胞數(shù)量),保證單孔中的單細(xì)胞捕獲。同時(shí)避免了傳統(tǒng)微流控系統(tǒng)中存在的概率碰撞影響捕獲效率的問題,采用微孔捕獲相對(duì)會(huì)有更好的捕獲效率,保證Input細(xì)胞的全面使用。

烈冰“智造”PanoCell V2.0版微孔芯片,全面升級(jí)外觀、捕獲材質(zhì)、微孔精密程度、細(xì)胞落孔率和細(xì)胞捕獲效率,提供自研蜂巢板+BD平臺(tái)原裝進(jìn)口單細(xì)胞分選試劑+華大T7超高通量測(cè)序儀的服務(wù)新方案,達(dá)到準(zhǔn)確穩(wěn)定的單細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果,媲美BD原裝的平臺(tái)服務(wù)實(shí)力,烈冰智造一直不斷努力提高新產(chǎn)品和服務(wù)水平,以提供更高效、成本更低的國(guó)產(chǎn)化單細(xì)胞捕獲方案!

BD FACSMelody?細(xì)胞分選儀結(jié)合BD高端分選儀技術(shù)與智能自動(dòng)化軟件,將簡(jiǎn)便易用的分選儀推向一個(gè)新高度。便捷的操作可幫助節(jié)約儀器調(diào)試的時(shí)間,并且提供質(zhì)量可重復(fù)的檢測(cè)結(jié)果。BD FACSMelody?細(xì)胞分選儀讓更多的研究者可以使用復(fù)雜的流式細(xì)胞儀和分選技術(shù)獲得更想要的細(xì)胞,提高實(shí)驗(yàn)室效率。

樣本要求

樣本類型

組織、血液、培養(yǎng)的細(xì)胞系、制備好的單細(xì)胞懸液
注:若客戶樣本為組織,且尚未成功將組織樣本消化成單細(xì)胞懸液,烈冰將盡可能提供技術(shù)及實(shí)驗(yàn)上的幫助,但因不同類型樣本的特異性,無法保證實(shí)驗(yàn)方法適用于所有類型組織。

質(zhì)量要求

細(xì)胞活性大于70%,濃度為500-2000細(xì)胞/μl,
體積不小于200μl,細(xì)胞培養(yǎng)基及緩沖液不能含Ca2+和Mg2+,細(xì)胞體積小于40μm。


實(shí)驗(yàn)流程

結(jié)果示例

細(xì)胞數(shù)量判斷

采用Fastp軟件對(duì)下機(jī)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控,對(duì)質(zhì)控后測(cè)序數(shù)據(jù)中的cell barcode信息及其對(duì)應(yīng)的counts數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),判斷測(cè)序樣本中實(shí)際檢測(cè)到的細(xì)胞數(shù)量,獲得樣本的測(cè)序細(xì)胞數(shù),并根據(jù)最終確認(rèn)的cell barcode信息提取對(duì)應(yīng)的reads。

注:橫坐標(biāo)為細(xì)胞數(shù)量,縱坐標(biāo)為每個(gè)細(xì)胞對(duì)應(yīng)的平均counts數(shù),根據(jù)曲線的斜率判斷實(shí)際檢測(cè)的細(xì)胞數(shù)量

基因組比對(duì)和表達(dá)量統(tǒng)計(jì)

以cell barcode對(duì)應(yīng)的reads為研究對(duì)象,采用STAR算法將測(cè)序數(shù)據(jù)比對(duì)到物種對(duì)應(yīng)的基因組上,獲得基因組比對(duì)的bam文件。再以bam文件以及基因組注釋文件為研究對(duì)象,將比對(duì)到同一基因上的UMI進(jìn)行合并,并去除其中重復(fù)的UMI序列,得到每個(gè)基因的UMI數(shù)量,統(tǒng)計(jì)每個(gè)細(xì)胞中檢測(cè)到的基因數(shù)以及轉(zhuǎn)錄本數(shù)量,并得到表達(dá)量矩陣表。

注:左圖為細(xì)胞中總共檢測(cè)到的基因數(shù)量,右圖為去除重復(fù)UMI后統(tǒng)計(jì)的基因數(shù)量

細(xì)胞過濾和數(shù)據(jù)標(biāo)化

利用基因組比對(duì)結(jié)果以及表達(dá)量結(jié)果對(duì)測(cè)序檢測(cè)到的細(xì)胞進(jìn)行過濾,去除細(xì)胞中基因檢測(cè)數(shù)少、線粒體基因占比大的細(xì)胞,統(tǒng)計(jì)過濾后的細(xì)胞數(shù)量并得到對(duì)應(yīng)的表達(dá)量矩陣表。采用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化方法(CPM/RLE/UQ/TMM/scran/Downsampling等),對(duì)不同樣本中細(xì)胞基因表達(dá)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,得到標(biāo)準(zhǔn)化后的表達(dá)量矩陣表。

注:橫坐標(biāo)表示每個(gè)細(xì)胞中UMI的數(shù)量,縱坐標(biāo)表示線粒體基因的占比情況

細(xì)胞亞群分析

基于每個(gè)細(xì)胞中的基因表達(dá)量數(shù)據(jù),采用聚類算法對(duì)細(xì)胞進(jìn)行亞群分析,同時(shí)采用t-SNE分析對(duì)細(xì)胞的分群結(jié)果進(jìn)行可視化展示。同時(shí),還可以對(duì)不同樣本中各細(xì)胞亞群的占比情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

Chen, et al.Nature?Cell?Biology, ?2021 Jan;23(1):87-98.
注:左圖為前列腺腫瘤組織細(xì)胞亞群鑒定t-SNE圖展示;右圖細(xì)胞亞群分群情況

Marker基因鑒定

鑒定不同細(xì)胞亞群中的Marker基因,并對(duì)Marker基因的表達(dá)分布進(jìn)行可視化展示。

Zhang et al., Glia. 2021 Mar;69(3):765-778.
注:?marker基因的Feature Plot圖和Violin圖

差異基因篩選

針對(duì)所有或者特定細(xì)胞亞群,進(jìn)行細(xì)胞亞群間差異表達(dá)基因篩選,獲得細(xì)胞亞群間差異表達(dá)基因。

Zhang, et al. Glia.?2021 Mar;69(3):765-778.
注:該圖為不同細(xì)胞亞群間差異基因聚類分析Heatmap圖

功能分析(GO Analysis)和信號(hào)通路分析(Pathway Analysis)

分別采用NCBI/UNIPROT/SWISSPROT/AMIGO等GO數(shù)據(jù)庫(kù),以及KEGG數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)Marker基因/差異基因進(jìn)行功能分析和信號(hào)通路分析,從而得到這些基因群體所顯著性富集的GO條目和Pathway條目。

Zhang C, et al. J Immunother Cancer 2021;9:e002312.
注:該圖為不同cluster之間差異基因顯著富集的GO/Pathway條目

SCENIC分析

基于已知的轉(zhuǎn)錄因子靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù),以及轉(zhuǎn)錄因子和靶基因的表達(dá)矩陣,采用SCENIC算法,對(duì)于轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算,得到在每一個(gè)細(xì)胞中表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控基因以及調(diào)控強(qiáng)度。

Chen, et al. Nature Communication 2020;?11:5077
注:該圖為不同cluster之間轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控強(qiáng)度heatmap圖

QuSAGE分析

基因集表達(dá)激活度定量分析,采用方差膨脹因子(VIF)診斷共線性的方法對(duì)于諸如KEGG基因集、GSEA基因集、甚至研究者自己搜集的基因集在Cluster中的富集度進(jìn)行分析,比較不同Cluster所富集的基因集的差異。

Chen, et al.Nature?Cell?Biology, ?2021 Jan;23(1):87-98.
注:該圖為不同cluster之間信號(hào)同理調(diào)控強(qiáng)度熱圖

高級(jí)數(shù)據(jù)分析

擬時(shí)序分析

以細(xì)胞的表達(dá)量數(shù)據(jù)為研究對(duì)象,采用TSCAN/monocle/SLICER/Ouija等算法,在虛擬時(shí)間軸上對(duì)細(xì)胞的變化模式進(jìn)行分析,模擬重建細(xì)胞的動(dòng)態(tài)變化過程,獲得細(xì)胞間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系,以及不同狀態(tài)細(xì)胞間差異基因的表達(dá)情況。

Chen, et al.Nature?Cell?Biology, ?2021 Jan;23(1):87-98.
注:細(xì)胞間狀態(tài)轉(zhuǎn)換的pesudotime軌跡圖(左)、軌跡中細(xì)胞占比餅圖(左下) 和?Heatmap圖(右)

細(xì)胞通訊分析

以細(xì)胞亞群的基因表達(dá)量數(shù)據(jù)為研究對(duì)象,獲得細(xì)胞中的配體及受體基因的表達(dá)信息,采用Cellphone DB算法以及數(shù)據(jù)庫(kù),得到細(xì)胞亞群間的信號(hào)通訊關(guān)系,并計(jì)算獲得關(guān)系的顯著性和強(qiáng)度。

Chen, et al. Nature Communication 2020;?11:5077
注:左圖:橫坐標(biāo)表示細(xì)胞類型,縱坐標(biāo)表示細(xì)胞間通訊配受體關(guān)系,圓圈大小表示顯著性差異水平,圓圈顏色越紅表示細(xì)胞間通訊關(guān)系越強(qiáng)

TCGA預(yù)后聯(lián)合分析

以TCGA臨床信息以及篩選到的關(guān)鍵基因?yàn)檠芯繉?duì)象,結(jié)合TCGA臨床數(shù)據(jù),進(jìn)行預(yù)后分析,獲得該基因/基因集與臨床預(yù)后之間的關(guān)系。

Zhang C, et al. J Immunother Cancer 2021;9:e002312.
注:橫坐標(biāo)表示生存期,縱坐標(biāo)表示占比,不同顏色曲線代表不同分組