單細(xì)胞趣席，這絕對(duì)是近五年來(lái)組學(xué)領(lǐng)域最熱的一個(gè)詞丢早，其特點(diǎn)便是對(duì)單個(gè)細(xì)胞的測(cè)序破除了多細(xì)胞體帶來(lái)的平均化效應(yīng)厨幻，使得一些微量信號(hào)也可以被挖掘出來(lái)。不得不承認(rèn)咨油，單細(xì)胞的出現(xiàn)確實(shí)是具有劃時(shí)代意義的，將組學(xué)研究的視野提高到了一個(gè)新的維度柒爵；隨之而來(lái)的役电，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、單細(xì)胞ATAC-seq棉胀、單細(xì)胞免疫組庫(kù)法瑟、單細(xì)胞蛋白組等單細(xì)胞技術(shù)如雨后春筍般出現(xiàn)在人們的視野中冀膝，依稀單細(xì)胞多組學(xué)時(shí)代真正到來(lái)。
Each technology measures only particular aspects of cellular identity and has unique strengths and weaknesses——這是劍橋大學(xué)桑格研究所的Mirjana Efremova和Sarah A. Teichmann博士對(duì)于單組學(xué)的小結(jié)霎挟，同時(shí)也指出了多組學(xué)的發(fā)展必然性窝剖，描繪了單細(xì)胞多組學(xué)的藍(lán)景——一個(gè)更加全面完善的分子機(jī)制解釋體系[1]。但是酥夭，很多技術(shù)在單細(xì)胞方向上的延展并不是那么理想赐纱，基因組學(xué)的測(cè)序深度，表觀(guān)組學(xué)的信噪比熬北，蛋白組學(xué)的標(biāo)記物疙描，等等，都使得相關(guān)技術(shù)很難完成單細(xì)胞化蒜埋，單細(xì)胞多組學(xué)的實(shí)現(xiàn)也就更難實(shí)現(xiàn)突破淫痰。
這時(shí)候我們不妨將多組學(xué)關(guān)聯(lián)的目光放到常規(guī)組學(xué)（指以樣本整體為單位進(jìn)行建庫(kù)測(cè)序的組學(xué)技術(shù)，例如普通轉(zhuǎn)錄組整份、蛋白質(zhì)組待错、代謝組等）上來(lái)，單細(xì)胞組學(xué)的輝煌可并不意味著常規(guī)組學(xué)的沒(méi)落烈评；相反火俄，單細(xì)胞組學(xué)與常規(guī)組學(xué)往往還能碰撞出不一樣的火花——單細(xì)胞組學(xué)提供高分辨率的視野，常規(guī)組學(xué)提供更深的測(cè)序深度和多組學(xué)拓展讲冠。
今天瓜客，我們就先來(lái)一道開(kāi)胃菜，一起來(lái)聊一聊單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組（scRNA-seq）和普通轉(zhuǎn)錄組（bulk RNA-seq）的關(guān)聯(lián)策略竿开。
1. 關(guān)聯(lián)策略
說(shuō)起來(lái)scRNA-seq和bulk RNA-seq谱仪，研究者常見(jiàn)到他們的地方是技術(shù)對(duì)比，都說(shuō)scRNA-seq相較于bulk RNA-seq做出了多大的改進(jìn)否彩，而關(guān)聯(lián)的還是少見(jiàn)甚至第一次聽(tīng)說(shuō)疯攒。這兩者的關(guān)聯(lián)正是基于常說(shuō)的“改進(jìn)”的衍生。
誠(chéng)然列荔，scRNA-seq在分辨率上做出了很大的改進(jìn)敬尺，但是也因此做出了犧牲，其基于polyA的RNA捕獲策略和低濃度的擴(kuò)增體系使得scRNA-seq在RNA覆蓋和測(cè)序深度上都不如bulk RNA-seq贴浙。這也就造就了兩個(gè)技術(shù)的主要適用癥的差異砂吞。scRNA-seq的重點(diǎn)放在了對(duì)細(xì)胞類(lèi)型的解析上，例如基因表達(dá)譜崎溃、細(xì)胞分化繼承關(guān)系等蜻直，更注重從細(xì)胞類(lèi)型的角度解釋分子機(jī)制；bulk RNA-seq的重點(diǎn)放在了對(duì)基因的解析上，例如非編碼RNA分析袭蝗、可變剪切唤殴、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)等，更注重基因的變化對(duì)表型帶來(lái)的影響到腥。
表1 scRNA-seq與bulk RNA-seq技術(shù)對(duì)比
scRNA-seq和bulk RNA-seq也因此形成了細(xì)胞與基因上面的互補(bǔ)朵逝。在實(shí)際關(guān)聯(lián)中，我們可以采用兩個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：
（1）scRNA-seq補(bǔ)充bulk RNA-seq乡范，bulk RNA-seq初步確定基因配名，scRNA-seq確定相關(guān)細(xì)胞類(lèi)型，這個(gè)思路適合對(duì)于細(xì)胞的精細(xì)化研究晋辆。細(xì)胞大類(lèi)是前人已經(jīng)有所研究時(shí)渠脉，為了提高文章創(chuàng)新性，我們就需要向更精細(xì)的細(xì)胞類(lèi)型進(jìn)行研究瓶佳。假設(shè)在普通轉(zhuǎn)錄組得到CD79A基因是一個(gè)關(guān)鍵基因芋膘，而這又是一個(gè)廣泛認(rèn)可的B細(xì)胞標(biāo)記基因，此時(shí)說(shuō)明樣本的表型與B細(xì)胞相關(guān)霸饲，后續(xù)就可以選擇为朋，通過(guò)scRNA-seq對(duì)細(xì)胞亞類(lèi)進(jìn)行深入分析。
（2）利用普通轉(zhuǎn)錄組深入研究厚脉，scRNA-seq繪制圖譜习寸，bulk RNA-seq針對(duì)特定細(xì)胞類(lèi)型研究，以細(xì)胞類(lèi)型作為入手點(diǎn)傻工，然后深入解析細(xì)胞的表達(dá)特征霞溪，這個(gè)思路適合對(duì)于細(xì)胞調(diào)控機(jī)制的深入解析，同時(shí)最好是應(yīng)用于模式生物中中捆。假設(shè)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的圖譜對(duì)巨噬細(xì)胞的深入解析鸯匹，確定了FOLR2+巨噬細(xì)胞亞型作為主要效應(yīng)細(xì)胞，后續(xù)就可以通過(guò)流式分選技術(shù)獲取FOLR2+巨噬細(xì)胞進(jìn)行bulk RNA-seq泄伪，對(duì)其內(nèi)部的基因調(diào)控機(jī)制進(jìn)行深入分析殴蓬。
2. 分析思路
前文所述兩種關(guān)聯(lián)策略，雖然解析方向有所不同臂容，但是核心的分析內(nèi)容上還是圍繞兩個(gè)點(diǎn)——細(xì)胞和基因。細(xì)胞的相對(duì)豐度變化引起樣本的基因表達(dá)量變化根蟹，樣本的基因豐度變化體現(xiàn)了相關(guān)細(xì)胞類(lèi)型的數(shù)量波動(dòng)脓杉，基因的變化特征和細(xì)胞的表達(dá)譜將兩個(gè)組學(xué)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)。
對(duì)于兩種關(guān)聯(lián)策略简逮，因分析目的的不同球散，在分析思路上也會(huì)有所差異。
（1）對(duì)應(yīng)前文第一種關(guān)聯(lián)策略散庶，目的是將基因與細(xì)胞類(lèi)型進(jìn)行連鎖蕉堰。所以凌净，我們可以選擇一條相對(duì)并行的分析策略，bulk RNA-seq注重對(duì)基因的解讀屋讶，scRNA-seq注重對(duì)細(xì)胞的解讀冰寻，二者通過(guò)進(jìn)一步基因來(lái)形成關(guān)聯(lián)，這是充分利用了兩個(gè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特性皿渗。在這條分析思路中斩芭，基因承載著兩個(gè)功能：機(jī)制解析和細(xì)胞注釋。bulk RNA-seq可以通過(guò)多樣的差異分析手段初步得到感興趣的基因集合（這是標(biāo)準(zhǔn)的普通轉(zhuǎn)錄組分析思路乐疆，我們?cè)诖颂幉蛔鲞^(guò)多展開(kāi)划乖，感興趣的老師可以參見(jiàn)基迪奧公眾號(hào)的其他微信文章~），與scRNA-seq得到的不同細(xì)胞類(lèi)型的標(biāo)記基因進(jìn)行共有分析挤土，進(jìn)而得到一群既能解釋表型又能關(guān)聯(lián)細(xì)胞類(lèi)型的基因琴庵。通過(guò)這些基因的標(biāo)記基因功能去確定后續(xù)研究的細(xì)胞類(lèi)型，進(jìn)一步通過(guò)scRNA-seq的細(xì)胞圖譜剖析選擇的細(xì)胞亞群的表達(dá)譜特征仰美，再與bulk RNA-seq的差異基因關(guān)聯(lián)迷殿，一步步鎖定最終的核心基因。
圖1 關(guān)聯(lián)分析思路一
（2）對(duì)應(yīng)前文第二種關(guān)聯(lián)策略筒占，目的是對(duì)目標(biāo)細(xì)胞類(lèi)型進(jìn)行深入解析贪庙。所以，我們可以選擇一條比較線(xiàn)性的分析思路翰苫，從細(xì)胞到基因逐漸深入止邮。細(xì)胞圖譜的解析成為scRNA-seq中比較重要的分析方向。一方面奏窑，細(xì)胞在不同樣本的差異特征（包括細(xì)胞頻率差異和基因差異）指示出主要的效應(yīng)細(xì)胞群體导披；另一方面，效應(yīng)細(xì)胞群體具有的特征基因是后續(xù)進(jìn)行流式分選的重要依據(jù)（所以特征基因盡量選擇膜蛋白基因）埃唯。后續(xù)撩匕，可以針對(duì)效應(yīng)細(xì)胞群體，采用bulk RNA-seq進(jìn)行深入分析墨叛。這個(gè)部分的分析思路相對(duì)比較傳統(tǒng)止毕，但是我們需要注意兩點(diǎn)：一是生物學(xué)意義的變化，增加了細(xì)胞類(lèi)型這一層含義（在一般的bulk RNA-seq使用較少）漠趁，所以差異分析可以從細(xì)胞之間的差異和處理組之間的差異兩方面入手扁凛，具體應(yīng)用則根據(jù)實(shí)際情景有所側(cè)重，多個(gè)效應(yīng)細(xì)胞群體側(cè)重細(xì)胞間差異闯传，單個(gè)或兩個(gè)效應(yīng)細(xì)胞群體側(cè)重處理組之間的差異谨朝；二是RNA覆蓋度的擴(kuò)展，引入非編碼RNA甚至是可變剪切的特征描述，這是bulk RNA-seq相對(duì)于scRNA-seq的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)字币，同時(shí)非編碼RNA也是調(diào)控基因表達(dá)的一個(gè)重要因素则披，更完善的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建更有助于提高文章的創(chuàng)新性。
圖2 關(guān)聯(lián)分析思路二
小結(jié)
單細(xì)胞組學(xué)確實(shí)給組學(xué)研究帶來(lái)了更高的分辨率洗出，基于細(xì)胞層面的研究也使得過(guò)去因?yàn)榧?xì)胞異質(zhì)性而引起的表型特征得到了解釋?zhuān)菃我唤M學(xué)的弊端也在單細(xì)胞組學(xué)中得到了明顯的體現(xiàn)——上下游調(diào)控機(jī)制的缺乏士复，多組學(xué)成為一個(gè)主要的述求。今天我們重點(diǎn)討論了scRNA-seq和bulk RNA-seq之間的關(guān)聯(lián)策略共苛，可以看到即使是同為轉(zhuǎn)錄組研究判没，兩個(gè)技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)也帶來(lái)了不一樣的數(shù)據(jù)解釋角度。更多的應(yīng)用案例我們就不一一解讀了隅茎，放在參考文獻(xiàn)中澄峰，感興趣的可以自提。后續(xù)我們也將討論更多的組學(xué)關(guān)聯(lián)方案辟犀，敬請(qǐng)期待~~
參考文獻(xiàn)
[1] Efremova M, Teichmann SA. Computational methods for single-cell omics across modalities. Nat Methods. 2020 Jan;17(1):14-17. doi: 10.1038/s41592-019-0692-4.
[2] Nalio Ramos R, Missolo-Koussou Y, Gerber-Ferder Y & et al. Tissue-resident FOLR2+ macrophages associate with CD8+ T cell infiltration in human breast cancer. Cell. 2022 Mar 31;185(7):1189-1207.e25. doi: 10.1016/j.cell.2022.02.021.
[3] Biram A, Liu J, Hezroni H & et al. Bacterial infection disrupts established germinal center reactions through monocyte recruitment and impaired metabolic adaptation. Immunity. 2022 Mar 8;55(3):442-458.e8. doi: 10.1016/j.immuni.2022.01.013.
[4] Mo YQ, Nakamura H, Tanaka T & et al. Lysosomal exocytosis of HSP70 stimulates monocytic BMP6 expression in Sj?gren's syndrome. J Clin Invest. 2022 Mar 15;132(6):e152780. doi: 10.1172/JCI152780.
[5] Gu W, Wang H, Huang X & et al. SATB2 preserves colon stem cell identity and mediates ileum-colon conversion via enhancer remodeling. Cell Stem Cell. 2022 Jan 6;29(1):101-115.e10. doi: 10.1016/j.stem.2021.09.004.
[6] Affo S, Nair A, Brundu F & et al. Promotion of cholangiocarcinoma growth by diverse cancer-associated fibroblast subpopulations. Cancer Cell. 2021 Jun 14;39(6):866-882.e11. doi: 10.1016/j.ccell.2021.03.012.
