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测序应用 | 单细胞RNA-Seq好搭档——MGISEQ-2000测序平台助力单细胞研究

时间:2022-01-28作者:华大智造阅读数:628分享

近日,为更高质量、灵活、经济地开展单细胞研究,上海交通大学医学院单细胞组学与疾病研究中心引入华大智造单细胞测序全流程平台,包括高通量测序仪MGISEQ-2000、自动化样本制备系统MGISP-100及配套单细胞组学产品,并开始启用。华大智造单细胞产品组合,正在越来越多地获得单细胞科研工作者的青睐。



单细胞水平的遗传信息异质性研究,为我们理解发育、疾病机理等打开了新大门。但单细胞测序因其复杂及独特性,使高通量测序面临诸多挑战。单细胞RNA-Seq(scRNA-Seq)好搭档,华大智造MGISEQ-2000测序仪有着通量适配、兼容性高、经济且质量高等优势。

通量灵活适配

MGISEQ-2000通量灵活,双载片独立运行,支持不同规格的载片(FCS小载片、FCL大载片)。不同样本量可灵活选择测序载片的数量和规格,不需凑样,也不造成数据浪费,节省项目周期。


以目前主流的scRNA-Seq 3’端测序为例,常规测序方案,每个样本5000-6000个细胞,每个细胞需产出20-50k数据,即单个样本需要300-500M Reads测序数据量。我们计算了MGISEQ-2000测序仪每轮运行可测的样本数(见图1)。此外,MGISEQ-2000大芯片有4条lane(独立泳道),1条lane正好是一个样本的数据量。


图1:3’scRNA-Seq研究设计示例,用户可根据实际情况调整


上下游生态系统兼容

图2:在单细胞测序流程中,华大智造提供配套产品组合并与上下游生态系统兼容

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1.文库制备

华大智造文库转换技术与10x Genomics系统、BD Rhapsody系统、Smart-Seq技术等制备的文库相配合,MGISEQ-2000测序平台上的scRNA-Seq数据表现出色。


除了scRNA-Seq,MGISEQ-2000平台可以进行不同物种(人、小鼠等)、不同文库类型的单细胞测序,帮助研究者开展不同方向的研究。


图3:MGISEQ-2000测序应用——不同类型文库的单细胞测序研究


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2.生信分析

MGISEQ-2000系统生成的FASTQ测序数据,可与多种商业和开源单细胞测序分析工具生态系统兼容,包括CellRanger(10x Genomics)和SeqGeq(BD Biosciences)等。


此外,华大智造生信分析加速器MegaBOLT搭载 ZMART 应用市场,可以把第三方流程集成。除了固定模式,也可将流程中各个步骤所需要的工具独立封装。未来,客户可以通过我们正在开发的自定义流程平台,进行个性化搭建。

DNBSEQTM技术天然优势



单细胞测序数据背景噪音大,单个细胞的遗传物质含量很低,可能由于建库及测序环节引起的微小变化,产生与生物学无关的巨大差异。华大智造测序平台均采用DNBSEQ测序技术,具有高准确性、低重复序列率、低标签跳跃等特性。这些特性在单细胞测序应用中,更加明显且重要。

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1.高准确性

DNA纳米球采用滚环线性扩增原理,始终以原始DNA为模板进行复制。相比PCR指数扩增,扩增过程中产生的错误不会积累放大。澳洲的科学家发表文章指出[1],MGISEQ-2000在测序质量以及识别细胞、UMI、基因等方面表现出色,尤其在单细胞的SNP calling上优势明显。


图4:滚环线性扩增vs.桥式PCR指数扩增,扩增错误不累积放大

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2.低重复序列率

DNBSEQ平台有着显著低的重复序列率。scRNA-Seq本身有重复序列(RNA多拷贝),在表达分析时不适于去除。高重复序列率很大程度上会干扰分析,影响转录本定量的准确性。此外,对于高成本的单细胞测序,低重复序列率意味着更多有效数据,捕获低丰度的转录本信息,降低成本。
重复序列的产生来源于不同方面(解读详见[2]),DNBSEQ测序技术在不同环节,例如DNA纳米球制备在溶液中进行再加载到载片,只用双链DNA文库中的1条链为模板制备纳米球,规则阵列载片等,降低/避免重复序列产生。所以DNBSEQ测序平台有着优秀的低重复序列表现,更保真地还原单细胞自身表达的差异。

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3.低标签跳跃

标签跳跃,对单细胞研究影响尤为明显。单细胞研究需要拆分成千上万个单细胞,标签跳跃让下游分析更为复杂,可能导致混淆细胞亚群(尤其是稀有细胞类型)以及跨细胞类型差异表达的基因的鉴定[3]标签跳跃可能产生于测序流程的各个阶段,DNBSEQ平台多重保障例如环状文库消化线性游离接头、规则阵列载片、标签的扩增错误不累积等优势,极大地避免标签跳跃。


总结

MGISEQ-2000测序平台为单细胞测序提供通量适配、兼容性高、经济且质量高的产品选择,目前MGISEQ-2000已在上海交通大学、北京大学、中科院广州生物医药与健康研究院、首都医科大学附属北京世纪坛医院等等,众多科研院校、医院科研部门及生物企业开展单细胞测序,助力更深入的单细胞研究。


成立于2019年,旨在建设先进实验室和开发尖端计算技术,用于分析单细胞各级遗传信息传递过程,成为单细胞研究领域的领导者。其基因组学平台致力于研发、优化及本地化多种先进的单细胞分析技术,从而为中心、交大医学院乃至附属医院提供尖端的单细胞合作及服务。致力于为研究重大疾病的机制、开发新一代生物标记物及治疗靶点提供理论基础及硬件设施。


参考文献:

[1]Anne Senabouth et al. Comparative performance of theBGI and Illumina sequencing technology for single-cellRNA-sequencing[J]bioRxiv,2019.

[2]《NGS攻略》之Dup传. https://mp.weixin.qq.com/s/VX-ewxGcxe3_NLB_Tx6h0Q

[3]R Farouni et al., Model-based analysis of sampleindex hopping reveals its widespread artifacts in multiplexed single-cellRNA-sequencing[J]. Nat. Comm. 11, 2704 (2020).