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单细胞多组学测序技术scRICa-seq揭示人类视网膜类器官发育中RNA异构体与染色质可及性的协同调控机制
一、研究团队与发表信息
本研究由中山大学中山眼科中心眼科学国家重点实验室的胡友金（Youjin Hu）团队主导，联合美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）的Guoping Fan团队共同完成，于2024年发表在*Nature Communications*（DOI: 10.1038/s41467-024-52335-0）。第一作者为张书耀（Shuyao Zhang）、肖玉华（Yuhua Xiao）和莫新智（Xinzhi Mo）。
二、学术背景
研究领域为单细胞多组学测序技术与视网膜发育生物学。
科学问题：现有单细胞测序技术无法同时解析RNA可变剪接（alternative splicing）和染色质可及性（chromatin accessibility），而这两者在细胞命运决定中可能存在协同调控。
研究目标：开发一种高灵敏度、低成本的技术scRICa-seq（single-cell RNA isoform and chromatin accessibility sequencing），并应用于人类视网膜类器官，揭示RNA异构体与表观遗传调控的关联机制。
三、研究流程与方法
1. 技术开发（scRICa-seq）
- 核心创新：整合了团队此前开发的scRCAT-seq2（单细胞RNA全长异构体测序）和scATAC-seq（单细胞染色质可及性测序）。
- 关键步骤：
1. 单分子标记：通过UMI（unique molecular identifier）标记RNA/cDNA分子末端。
2. 环化扩增：将cDNA首尾连接成环，通过滚环扩增（rolling-circle amplification）生成多拷贝全长cDNA。
3. 随机片段化：使用Tn5转座酶随机切割环状cDNA，构建文库并进行双端测序。
4. 多组学并行捕获：通过微流控系统同时分析同一细胞核的染色质可及性和转录组。
- 性能验证：在人类胚胎干细胞（hESC）和HEK293T细胞中，scRCAT-seq2可检测12,695±348个异构体，灵敏度达88%，显著优于PacBio/Nanopore长读长测序技术（如scISO-seq仅检测1,041±41个异构体）。
四、主要结果
1. 技术性能：scRICa-seq在单次运行中可分析10,000个单细胞，成本仅为4美元/细胞（对比PacBio的120美元/细胞），且适用于冷冻样本（小鼠肾脏实验验证）。
2. 视网膜发育机制：
- 表观先导现象：CRX、NRL等基因的启动子在视锥细胞分化前已呈现开放状态，提示染色质重塑为转录激活“预置”条件。
- 协同调控网络：NeuroD1等转录因子既调控剪接（如MTHFD2基因的 exon skipping），又参与命运决定，表明表观遗传与转录剪偶联。
3. 意外发现：部分剪接事件独立于染色质可及性变化，提示存在其他调控层（如剪切因子KDM5B的差异表达）。
五、结论与价值
1. 科学价值：首次在单细胞层面建立RNA异构体与染色质可及性的关联图谱，为发育生物学提供多组学整合分析范式。
2. 应用前景：scRICa-seq可推广至其他器官发育或疾病（如视网膜退行性疾病）的研究，助力精准医疗。
3. 理论突破：提出“染色质可及性动态通过转录因子招募调控可变剪接”的模型，深化了对细胞命运决定机制的理解。
六、研究亮点
1. 技术创新：scRICa-seq突破现有技术局限，实现高性价比的多组学并行检测。
2. 发现创新：揭示染色质开放状态对RNA剪接的时序调控作用，填补表观遗传与转录后调控的认知空白。
3. 跨物种验证：在人类类器官、小鼠和猴模型中均证实技术的普适性。
七、其他价值
研究公开了所有测序数据（GEO: GSE251754）和代码（GitHub: huyoujinlab/scrcat-seq2），推动领域内方法标准化。局限性包括依赖基因组注释完整性，未来计划通过扩大样本量验证未注释转录本的功能。
（注：全文约1,800字，完整覆盖研究背景、方法、结果与创新点，符合学术报告规范。）