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2012年，单细胞基因测序技术焕发新生，在多个研究领域取得突破性进展。几十年前，人类基因组图谱的绘制曾点燃无数绝症患者的希望。此后，研究人员对草莓、蜜蜂、鸡、大鼠等成千上万物种的基因组进行了测序。然而，由于DNA样本通常从数百万个细胞中混合提取，数据量虽大，却掩盖了细胞间的个体差异。美国博德研究所遗传学家乔尔·赫塞豪恩指出：“当研究整个细胞群时，许多现象——包括大量细胞间变异——会变得不再明显。”这种局限性，加上高昂的测序成本，一度使基因测序陷入沉寂。

2012年：单细胞测序的突破之年

单细胞基因测序技术应运而生，它针对单个细胞进行研究，克服了群体细胞研究中因细胞异质性带来的障碍。“平均值”已无法满足需求，了解细胞间的差异变得更为迫切。2012年1月，测序巨头几乎同时推出新一代测序仪，为单细胞测序提供了强大工具，测序竞赛加速升级。这一年，几乎每周都有重要成果发表于顶级期刊。中国科学院基因组研究所凌少平博士介绍，2012年单细胞测序在单生殖细胞测序、肿瘤单细胞DNA测序、单细胞转录组测序等领域均取得出色成果。

单生殖细胞测序

美国斯坦福大学医学中心的研究人员首次对一名男性的91个精子细胞进行全基因组测序，发现许多新的重组热点，其比率与间接方法一致。随后对8个精子的深度测序确定了突变率，有助于理解自然发生的个体遗传突变，对不孕不育研究具有重要意义。美国艾伯特爱因斯坦医学院的Auton在冷泉港基因组生物学会议上报告，对近200个精子细胞的测序可估算重组率，平均每个精子细胞有24.5个重组事件。北京大学谢晓亮教授的研究也通过单生殖细胞测序估计重组和染色体加倍。

肿瘤单细胞DNA测序

美国MD安德森癌症中心的Navin实验室开发了单核测序技术，定量单个细胞核中的基因拷贝数，追踪癌症扩散时的不同细胞亚群。Navin通过挑选双倍染色体细胞，减少复制步骤，仅需几毫微克DNA即可完成测序。他指出：“当放大镜靠得更近，就能在碱基水平检测到更多变异。”冷泉港实验室的Timour Baslan与Navin合作，利用单细胞技术研究癌细胞，可轻易绘制数百个单细胞图谱，旨在理解肿瘤演变及癌细胞对治疗的反应。中国华大基因研究院开发了基于多重置换扩增（MDA）的单细胞测序新方法，应用于原发性血小板增多症和肾透明细胞癌的肿瘤内部遗传特征研究，并全面评估了方法的扩增均一性、灵敏度、特异性。

单细胞转录组测序

英国研究人员简化了基因组测序流程，首次无需文库制备即可完成DNA单分子测序，极大减少DNA损耗并缩短时间。新方法仅需常规测序五百分之一到六百分之一的DNA量。对病毒和细菌基因组测序后，即使在低覆盖度下也能确定有机物种类、特定基因或质粒（如抗生素耐药性相关）以及DNA碱基修饰。该技术优化后，有望快速高效识别医院等场所的细菌和病毒。

单细胞测序的未来展望

中国科学院基因组研究所王前飞研究员认为，单细胞测序在疾病发生过程中细胞异质性和群体结构重要的领域均有应用潜力。然而，当前技术尚无法完全区分单个细胞间的遗传异质性。例如，若对100个细胞测序，仅检出3个细胞共有的单碱基突变，相当于混合测序检出频率≥3%的突变。逐个细胞进行全基因组扩增测序的难度和工作量远大于混合测序。因此，单细胞测序从生殖细胞到肿瘤细胞，从转录组到外显子组再到全基因组，逐步推进。王前飞指出，经过2011-2012年的快速技术演进，单细胞测序仍处于不成熟阶段，在技术和成本上尚未达到大规模应用。但他相信，在不远的未来，单细胞测序将把组织器官内细胞基因组异质性、干细胞异质性、生殖细胞遗传重组、胚胎植入前遗传学诊断等领域带入前所未有的精致程度。