Nature Methods新建库方法 Tn5转座酶建立的单细胞多模态组学技术

在同一个细胞中，同时检测多种组学信息的技术即单细胞多模态组学技术（single cell multimodal omics）。

该技术使得我们能够更好地发现细胞异质性和理解细胞精细状态，是当前基因组学研究的前沿领域[1][2]。转座子（transposon,简称Tn）是染色体上可以自主复制和移位的DNA序列，普遍存在于各种生物基因组中。

自于大肠杆菌的Tn5转座酶，因其随机性好，稳定性好，活性强，成为了分子遗传学研究的热门工具，例如，NGS DNA文库的快速构建，单细胞测序技术，染色质可及性测序（ATAC-seq）等[3]。Tn5转座酶除了能够切割双链DNA之外，还能够切割DNA/RNA杂交链。

基于此原理，北京大学的黄岩谊课题组和谢晓亮课题组联合清华大学王建斌课题组，在美国《国家科学院院刊》(PNAS) 上发表的文章介绍了一种新的基于Tn5转座酶的转录组测序快速建库方法—SHERRY（Sequencing HEteRo RNA-DNA-hYbrid ）[4][5]。

近日，南方科技大学生命科学学院助理教授陈曦课题组、副教授靳文菲课题组，在基于SHERRY技术和课题组此前发表的scATAC-seq方法，开发了一种可在同一细胞内，同时检测染色质可及性（ATAC-seq）以及基因表达（RNA-seq）的单细胞多模态组学技术—ISSAAC-seq[2][6][7]。

样本可以来自裂解的单细胞或bulk RNA；RNA分子经过oligo-dT 引物的反转录后，RNA/DNA杂合链可直接被Tn5转座酶打断（图中灰色的波浪线及直线分别代表RNA及DNA分子）；在Tagmentation之后，转座酶会在杂合链两端加上adapter接头，进行之后的建库PCR扩增。

ISSAAC-seq技术，即in situ SHERRY after ATAC-seq技术，其名称来源于Sequencing HEteRo RNA-DNA-hYbrid (SHERRY) RNA-seq和课题组先前开发的scATAC-seq方法。

在 ISSAAC-seq中，首先使用带有通用Nextera接头的Tn5转座酶（R1，R2）插入标记染色质开放区域，这种带有通用Nextera接头的Tn5转座酶常用于典型的scATAC-seq实验；随后添加一段引物（这段引物包含部分的Truseq接头R2序列、10 bp的UMI分子标签，以及poly-T序列）用于核内的逆转录反应；

随后，使用一侧包载有Nextera接头R1序列的Tn5同源二聚体对RNA-DNA杂交链进行插入标记。直到这个阶段，每个步骤都是在细胞群的细胞核（原位）中进行的，而不需要对染色质和RNA进行物理上的分离。

最后，通过不同的方式分离细胞核以添加细胞标签和进行文库构建，分离细胞核的方法可选用例如用于有限细胞数量的流式细胞术（荧光激活细胞分选，FACS）和用于高通量研究的基于液滴的微流控。

经过细胞分选和预扩增后，文库被等分为两个部分：一部分用Nextera引物对扩增用于染色质可及性测序（ATAC-seq），另一部分用Nextera和TruSeq引物对扩增用于基因表达测序（RNA-seq）。

图2. ISSAAC-seq技术的设计思路及实验流程

图片来源：https://www.nature.com/articles/s41592-022-01601-4

与其他单细胞多模态组学技术的比较

将ISSAAC-seq分别按照FACS和基于液滴的工作流程，应用于几个广泛使用的细胞系以及PBMCs的检测中。在K562细胞中，ISSAAC-seq与SHARE-seq以及商业化的多组学方法10x Multiome具有相似的信号图谱（图3b）。

ISSAAC-seq的两种文库质量都很高，在相同的样品类型中，ISSAAC-seq 产生的数据具有与10x Multiome 试剂盒相当的质量，具有比其他类似方法更高的文库复杂度和灵敏度（图3c、d）。

ABclonal转座酶相关产品推荐

引用文献：

1.Zhu, C., S. Preissl, and B. Ren, Single-cell multimodal omics: the power of many. Nat Methods, 2020. 17(1): p. 11-14.

2.Di L, Fu Y, Sun Y, et al. RNA sequencing by direct tagmentation of RNA/DNA hybrids. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020;117(6):2886-2893. doi:10.1073/pnas.1919800117.

3. Xu W, Yang W, Zhang Y, et al. ISSAAC-seq enables sensitive and flexible multimodal profiling of chromatin accessibility and gene expression in single cells. Nat Methods. 2022;19(10):1243-1249. doi:10.1038/s41592-022-01601-4.