近日，中科院青島生物能源與過程研究所單細胞中心基于自主研制的重力驅(qū)動單細胞液滴包裹拉曼分選(RAGE)技術(shù)、儀器和相應(yīng)試劑盒，首次實現(xiàn)了精確到一個細菌細胞、全基因組覆蓋度超過92%的環(huán)境菌群單細胞拉曼分選耦合測序(scRACS-Seq)，為環(huán)境微生物組原位代謝功能研究提供了一個強有力的新工具。相關(guān)論文發(fā)表于《美國微生物學(xué)會期刊》。
scRACS-Seq是剖析土壤等環(huán)境菌群代謝機制的重要手段。然而，針對環(huán)境菌群的scRACS-Seq一直以來存在兩大瓶頸，一是難以無損、快速地獲取具有特定拉曼表型的單個細胞;二是難以獲得高覆蓋度的單細胞基因組數(shù)據(jù)。
針對上述問題，該所單細胞中心荊曉艷、公衍海和徐騰等組成的聯(lián)合攻關(guān)小組，基于前期發(fā)明的RAGE-Seq技術(shù)，從液相拉曼分析穩(wěn)定同位素底物飼喂的土壤菌群出發(fā)，將特定拉曼表型的細菌單細胞精準分離并包裹到皮升級液滴中，進而耦合下游基因組測序。
研究結(jié)果表明，土壤菌群中細胞代謝活躍的低豐度物種可經(jīng)耦合重水飼喂與標記的RAGE-Seq精準地識別和分選，其單細胞基因組覆蓋率高達近93%;同樣，基于RAGE-Seq，含類胡蘿卜素的土壤微生物細胞能實現(xiàn)單個細胞分辨率、高基因組覆蓋度的代謝重建，從而完整、深入地挖掘其類胡蘿卜素合成途徑。
此外，該工作還通過組分與狀態(tài)均精確可控的人工菌群，建立了系統(tǒng)且嚴格的scRACS-Seq質(zhì)量評價與控制體系。
基于該體系，團隊發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)能將不同拉曼表型的細菌單細胞從菌群中快速、精準分離，在保證單細胞拉曼光譜質(zhì)量的同時，分選準確性達100%。此外，以來自于靶標細胞周圍水相的空液滴為陰性對照，發(fā)現(xiàn)靶標細胞序列被菌群中其他細胞DNA污染的概率極低。這些工作定量證明了scRACS-Seq的靈敏度、特異性和可靠性。
在此基礎(chǔ)上，單細胞中心研制和產(chǎn)業(yè)化單細胞拉曼分選—測序耦合系統(tǒng)(RACS-Seq儀器)，以及相應(yīng)的RAGE芯片和單細胞分析試劑盒。該系統(tǒng)廣譜適用于細菌、古菌、真菌和動植物細胞，服務(wù)于涵蓋各種復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用。(記者 廖洋 通訊員 劉佳)
關(guān)鍵詞： 環(huán)境菌群單細胞拉曼分選耦合測序 單細胞
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