激光显微切割分选少量胃癌细胞中PSCA基因的SNP分析

随着基因组关联分析方法的应用,越来越多与胃癌相关的易感基因被发现．易感基因的多态性检测已逐步进入胃癌临床诊断和研究．然而,利用少量胃粘膜细胞开展单核苷酸多态性（SNP）分析对胃癌进行早期诊断常遇下述困难,一是少量胃癌细胞混杂在多种细胞中,异常信号常易被淹没,二是细胞量极少,因此获得的基因组DNA量微,进行多位点或全基因组分析存在困难. 本文利用激光显微切割技术分选少量胃癌细胞,结合全基因组放大技术,进行胃癌相关的前列腺干细胞抗原基因(PSCA)的SNP分析．通过聚合酶链反应-限制性片段长度多态性(PCR-RFLP)和克隆测序方法分析,在分选的胃癌细胞中检测到PSCA的rs2976392位点胃癌相关的“A”等位与rs2294008位点胃癌相关的“T”等位．研究结果表明,所采用的全基因组放大方法保真性高,经过分选的胃癌细胞中SNP位点的检测灵敏度和可靠性大为提高．所建立的少量细胞基因多位点检测方法将同样应用于其它肿瘤和组织的少量细胞研究中,全基因组放大产物也可进行高通量的基因芯片和第二代测序研究．     

组织单腺体内单细胞的基因变异分析方法

从单细胞尺度进行细胞异质性的分析是深度理解细胞群体关系的关键。组织中的单细胞由于细胞类型不同,尺寸往往相差很大,但是目前常用的基于微孔板和Fluidigm公司的微流控的单细胞组学研究方法,需要入口的单细胞大小相近。本研究以胃组织为例,建立了一种组织单细胞的基因变异分析方法,实现了尺寸差异较大的单细胞的基因变异分析。在该方法中,先将胃组织裂解获得单个腺体,再将单个腺体酶解得到不同大小的腺体内单细胞,然后把这些单细胞铺在聚乙烯萘膜载玻片上,进行激光显微切割分选、全基因组放大,最后测其微卫星的长度。利用该方法,成功在肠上皮化生腺体内部检测到微卫星长度的变化,并灵活地对尺寸差异大的组织细胞以及肠化生腺体细胞进行了精细分析。此外,这种单细胞分析方法还可以对带有不同标记的细胞进行低通量和高通量的基因组分析,为单细胞尺度上的组织异质性研究提供了一种高度灵活的分析方法。     

不同单细胞全基因组扩增方法的比较及MALBAC在辅助生殖中的应用

单细胞全基因组扩增(whole genome amplification, WGA)是指在单细胞水平对全基因组进行扩增的新技术,其原理是将分离的单个细胞的微量全基因组DNA进行扩增,获得高覆盖率的完整的基因组后进行高通量测序,用于揭示细胞异质性。目前,WGA方法主要包括引物延伸预扩增(primer extension preamplification PCR, PEP-PCR)、简并寡核苷酸引物PCR (degenerate oligonucleotide primed PCR, DOP-PCR)、多重置换扩增(multiple displacement amplification, MDA)、多次退火环状循环扩增(multiple annealing and looping-based amplification cycles, MALBAC)等。本文对不同的单细胞WGA方法的原理及应用情况分别进行了阐述,并对其扩增效率进行评价和比较,包括基因组覆盖度、均一性、重现性、SNV (single-nucleotide variants)和CNV (copy number variants)检测力等。综合对比不同单细胞WGA方法后发现,MALBAC的扩增均一性最高、等位基因脱扣率最低、重现性最好,且对于CNV和SNV的检测效果最好。本文还阐述了MALBAC技术在人类单精子减数重组、非整倍体分析以及人类卵细胞基因组研究中的应用。     

单细胞光学操纵方法研究进展

随着单细胞测序技术的发展,人们对细胞异质性的关注越来越密切.单细胞操纵是研究细胞异质性的前提.基于光与物质的相互作用可以实现细胞的光学操纵,本文主要综述了激光显微切割、光镊、激光诱导前向转移和光流体等光学操纵方法的原理与应用.光学操纵无需接触,对细胞污染小、损伤小,而且易于和其他技术集成,对单细胞操纵和分析具有重要意义.     

单细胞全基因组扩增技术与应用

同一组织中的细胞往往具有类似的结构和功能,然而通过对单个细胞进行测序分析后,发现每个细胞都具有一定异质性.单细胞全基因组扩增技术是进行单细胞测序的前提,该技术可用于揭示单细胞基因组结构差异,同时在肿瘤研究、发育生物学、微生物学等研究中发挥重要作用,并成为生命科学研究技术的热点之一.单细胞全基因组扩增技术的难点在于单细胞的分离和全基因组的扩增.本文介绍了单细胞全基因组扩增技术中常用的单细胞分离技术和单细胞全基因组扩增技术,并对各技术间的优缺点进行比较,同时着重讨论该技术在肿瘤研究、发育生物学和微生物学研究中的应用.     

单细胞测序技术及应用进展

同一组织中的细胞往往被认为是具有相同状态的功能单位,传统的检测手段分析的是细胞群体的总体平均反应。然而通过对单个细胞的DNA或RNA进行测序,表明组织系统层面的功能是由异质性细胞构成的。单细胞测序以单个细胞为单位,通过全基因组或转录组扩增,进行高通量测序,能够揭示单个细胞的基因结构和基因表达状态,反映细胞间的异质性,在肿瘤、发育生物学、微生物学、神经科学等领域发挥重要作用,正成为生命科学研究的焦点。单细胞测序的难点是单个细胞的分离、单细胞基因组和转录组的扩增。本文主要介绍和分析了单细胞测序技术中常用的单细胞分离技术、单细胞基因组扩增技术和转录组扩增技术及其优缺点,并对当前已经取得成果的应用领域进行了阐述,为单细胞测序技术的研究与应用提供参考。     

激光显微切割植物细胞的研究新趋势

2006年以来,激光显微切割技术(LM)逐渐发展成为植物及植物-微生物互作领域的常用技术.从激光技术方面,激光捕获显微切割(LCM)和激光显微切割及压力弹射(LMPC)成为两大主流技术.在材料准备方面,改良的石蜡包埋切片技术在植物成熟组织切割中应用日益广泛,而冰冻包埋切片则在幼嫩组织切割中十分有效。激光显微切割所得样品主要仍用于RNA水平的基因表达分析,而且能从全基因组规模上深度分析基因表达谱.此外,对激光显微切割所得细胞进行小分子代谢物的分析也取得了实质性成果。总之,激光显微切割技术作为从复杂背景中直接分离特定细胞(群)的一种有效工具,在植物分子生物学研究中的应用已经成熟,正为提高植物研究的精准度做出贡献.     

基于单细胞靶向测序探究基因碱基突变的方法

分析基因碱基突变是探究肿瘤细胞克隆演化的研究方法之一。目前,常取组织不同区域的群体细胞测序,基于群体水平的基因碱基突变频率等信息绘制出肿瘤的克隆演化过程。但是,该方法易遗失低频突变,并且组织群体细胞类型不单一,不能代表特定细胞群体的克隆演化过程。本研究以前列腺基底细胞癌(prostate basal cell carcinoma, BCC)为例,建立了一种探究肿瘤单细胞的基因碱基突变方法,实现了基于单细胞基因碱基突变分析肿瘤细胞的克隆演化过程。首先通过HepG2细胞优化了单细胞全基因组扩增方法,其次用Fluidigm公司的微流控芯片捕获BCC单细胞进行全基因组扩增,然后通过外显子组测序获得SCUBE3和MST1L基因碱基突变信息。通过单细胞靶向扩增和Sanger测序,成功在BCC单细胞中检测到SCUBE3和MST1L基因碱基突变信息。本研究建立的方法为肿瘤细胞的克隆演化研究提供了一种可靠的技术方案。     

天麻基因组微卫星特征分析与分子标记开发

该研究基于第二代测序技术建立了天麻的基因文库,筛选微卫星序列,并对微卫星位点的类型、丰度、长度、偏好性等进行了分析与比较;并为60条重复次数高的微卫星序列设计了引物,运用4个种群80个样本进行了PCR扩增和聚丙烯酰胺凝胶电泳检测。结果表明:(1)天麻基因组测序得到61 048条基因序列,检测出微卫星位点12 107个,其中二核苷酸重复最多、长度变异大。(2)设计的60对微卫星引物中的20对能扩增出清晰条带且有多态性,每个位点的复等位基因数(N_a)在4~14之间,平均为8.40;多态性信息含量(PIC)平均为0.77。该研究开发的天麻微卫星分子标记为开展天麻遗传学研究及种质资源鉴定等工作奠定了基础。     

单细胞基因组学分析的技术前沿

基因组学已经深刻地改变了生命科学的诸多领域的面貌。目前它的主要内容是新的全基因组碱基序列的测定和在全基因组范围内鉴定那些在不同水平上影响生命活动的基因群的功能和相互作用。为达此要求,近年出现的第二代测序(深度测序)技术和基因芯片技术发挥了关键作用,但是两者都需要足够的高质量的核酸样品。所以,在只有或只能用单细胞或极少量细胞的情况下,如果没有特殊手段,上述分析往往不能常规、方便地进行。文章以DNA扩增为主线,综合阐述了目前在单细胞(特别是微生物)全基因组测序和大基因组的靶向重测序,以及对单细胞或微量细胞进行的基于深度测序或芯片杂交的功能基因组分析,如转录组、ChIP和DNA的CpG甲基化分析等的最新策略和技术,评价了单细胞基因组测序和功能基因组学各技术的特点并对发展前景进行了展望。     

The Performance of Whole Genome Amplification Methods and Next-Generation Sequencing for Pre-Implantation Genetic Diagnosis of Chromosomal Abnormalities

Reliable and accurate pre-implantation genetic diagnosis(PGD) of patient’s embryos by next-generation sequencing(NGS) is dependent on efficient whole genome amplification(WGA) of a representative biopsy sample. However, the performance of the current state of the art WGA methods has not been evaluated for sequencing. Using low template DNA(15 pg) and single cells, we showed that the two PCR-based WGA systems Sure Plex and MALBAC are superior to the REPLI-g WGA multiple displacement amplification(MDA) system in terms of consistent and reproducible genome coverage and sequence bias across the 24 chromosomes, allowing better normalization of test to reference sequencing data. When copy number variation sequencing(CNV-Seq) was applied to single cell WGA products derived by either Sure Plex or MALBAC amplification, we showed that known disease CNVs in the range of 3e15 Mb could be reliably and accurately detected at the correct genomic positions. These findings indicate that our CNV-Seq pipeline incorporating either Sure Plex or MALBAC as the key initial WGA step is a powerful methodology for clinical PGD to identify euploid embryos in a patient’s cohort for uterine transplantation.     

Comparative analysis of single-cell genome sequencing techniques toward the characterization of germline and somatic genomes in ciliated protists

Ciliated protists contain both germline micronucleus (MIC) and somatic macronucleus (MAC) in a single cytoplasm. Programmed genome rearrangements occur in ciliates during sexual processes, and the extent of rearrangements varies dramatically among species, which lead to significant differences in genomic architectures. However, genomic sequences remain largely unknown for most ciliates due to the difficulty in culturing and in separating the germline from the somatic genome in a single cell. Single-cell whole genome amplification (WGA) has emerged as a powerful technology to characterize the genomic heterogeneity at the single-cell level. In this study, we compared two single-cell WGA, multiple displacement amplification (MDA) and multiple annealing and looping-based amplification cycles (MALBAC) in characterizing the germline and somatic genomes in ciliates with different genomic architectures. Our results showed that: 1) MALBAC exhibits strong amplification bias towards MAC genome while MDA shows bias towards MIC genome of ciliates with extensively fragmented MAC genome; 2) both MDA and MALBAC could amplify MAC genome more efficiently in ciliates with moderately fragmented MAC genome. Moreover, we found that more sample replicates could help to obtain more genomic data. Our work provides a reference for selecting the appropriate method to characterize germline and somatic genomes of ciliates.     

Rapid analysis of amplified double-stranded DNA by capillary electrophoresis with laser-induced fluorescence detection

DNA amplification technology has been applied to clinical diagnosis of infectious disease, genetic disorder, and cancer. After in vitro amplification of a particular DNA region, the methods of analysis for these amplified samples play a pivotal role in clinical diagnosis. Conventional gel electrophoresis has been routinely used in the lab for checking DNA. The whole procedure is time consuming and requires more than 1 ng of DNA for detection. To achieve greater performance in DNA diagnosis, we demonstrated capillary electrophoresis with laser induced fluorescence detection for analysis of amplified DNA. The analysis of DNA could be completed within 3 min and the data is directly entered into the computer. Considering the automatic and rapid process, we believe that this method could be routinely utilized for the clinical diagnosis of amplified DNA products.     

Whole genome amplification from plant cell colonies of somatic hybrids using strand displacement amplification

The application of strand displacement amplification (SDA) is demonstrated for whole genome amplification from nanograms to micrograms for DNA isolated from small plant cell colonies. Secondary digest amplified fragment length polymorphism (SD-AFLP) analysis confirmed that the amplified genome is a representative of the entire genome. This approach allows the amplification of DNA isolated from small cell colonies of putative somatic hybrids for rapid molecular confirmation of the hybrid status of fusion products.     

Comparison of Multiple Displacement Amplification (MDA) and Multiple Annealing and Looping-Based Amplification Cycles (MALBAC) in Single-Cell Sequencing

Single-cell sequencing promotes our understanding of the heterogeneity of cellular populations, including the haplotypes and genomic variability among different generation of cells. Whole-genome amplification is crucial to generate sufficient DNA fragments for single-cell sequencing projects. Using sequencing data from single sperms, we quantitatively compare two prevailing amplification methods that extensively applied in single-cell sequencing, multiple displacement amplification (MDA) and multiple annealing and looping-based amplification cycles (MALBAC). Our results show that MALBAC, as a combination of modified MDA and tweaked PCR, has a higher level of uniformity, specificity and reproducibility.     

豚鼠基因组26个多态性微卫星标记的筛选

目的筛选豚鼠基因组的多态性微卫星标记,为豚鼠遗传质量控制及基因定位等工作奠定基础。方法采用磁珠富集法和豚鼠基因组数据库筛选法获取微卫星位点序列,通过分析和初步筛选,挑选部分候选位点,根据其序列设计引物,对5种不同来源的豚鼠基因组DNA标本进行PCR扩增,以期获得多态性分子标记。结果本实验采用磁珠富集法共获得微卫星序列304个,设计引物125对,最终获得多态性位点1个,暂未发现多态性的特异性位点17个;用数据库筛选法共获得微卫星序列292个,设计并合成相应引物178对,最终发现多态性位点25个,暂未发现多态性的特异性位点28个。结论本实验获得26个多态性微卫星标记,45个潜在的候选标记,为微卫星标记在豚鼠遗传质量监测及突变基因定位等工作的应用奠定了基础。