在生命科学的宏伟征程中，单细胞基因组学与空间基因组学宛如两颗耀眼的星辰，为我们照亮了探索生命奥秘的道路。最近，《SCIENCE CHINA Life Sciences》刊登了一篇重磅综述文章，篇幅近3万字，引用了700余篇文献，全面回顾了这两个领域的历史脉络、技术革新以及在临床应用上的巨大潜力。这篇文章由浙江大学的郭国骥教授、郭红山教授、阮一骏教授、王永成教授，北京大学的张泽民院士、邢栋教授，以及华大生命科学研究院的徐讯研究员等杰出科学家联合执笔。
现在，就让我们一起深入了解这篇文献，一探单细胞和空间基因组学的神秘与魅力。
1、Overview of single-cell and spatial genomics
文章介绍了随着人类对于精确研究的需要越来越大，bulk sequencing愈发满足不了人们的需求。随着，人们在细胞分离、基因扩增等方面的进步，科学家逐渐找到了micromanipulation, laser-capture microdissection (LCM), fluorescence-activated cell sorting (FACS), and microfluidics-assisted droplet encapsulation等分离技术和高通量、高精确度的扩增技术，单细胞转录组分析和空间转录组分析（保留了基因表达的空间位置信息），得到了蓬勃的发展和应用。
2、Single-cell sequencing technologies
进一步详细探讨了单细胞测序技术的前沿进展，从早期的单细胞RNA测序（scRNA-seq）到如今的多组学分析，技术的演进令人瞩目。文章细致地剖析了scRNA-seq的关键流程，包括单细胞分离、文库构建、高通量测序和数据分析，揭示了不同技术的独特优势和应用场景。特别值得一提的是，cDNA文库生成策略的创新，为提高测序的灵敏度和准确性提供了有力支持。此外，单细胞分离技术的突破，如微流控技术和微孔板方法，极大地提升了实验的通量和效率。文章还涵盖了单细胞基因组测序、表观基因组测序以及3D基因组结构分析的最新方法，展现了单细胞测序在揭示细胞异质性和基因调控机制方面的巨大潜力。
3、Single-cell multi-omics technologies
近年来，单细胞多组学技术取得了显著进展，整合了基因组学、转录组学、表观基因组学、蛋白质组学和代谢组学等多个层面的数据。这些技术不仅涵盖了DNA甲基化、染色质可及性、组蛋白修饰和染色质组织等表观基因组学特征，还扩展到了蛋白质组学和代谢组学，为我们提供了一个全面的细胞功能和中心法则的视角。这种多组学方法的发展，极大地推动了基础生命科学的进步。通过同时分析基因组和转录组数据，我们能够更准确地识别疾病相关的细胞亚群，为疾病的早期诊断和治疗提供有力支持。例如，在癌症研究中，多组学可以帮助识别肿瘤中的关键细胞亚群，发现新的治疗靶点，提高治疗效果。
4、Spatial genomics technologies
在过去几十年中，空间转录组学和空间多组学技术经历了显著的发展。文章深入探讨了四类关键的空间组学技术，即SISH、SISS、SISM和SISB。此外，该部分还回顾了空间组学方法在发育生物学、神经科学、病理学和植物科学领域的应用历史。总体而言，空间转录组学和空间多组学技术的不断发展，不仅为我们提供了一种全新的研究工具，也开启了探索生物组织复杂性的新窗口。
5、Computational challenges
随着科技的飞速发展，我们正步入一个数据爆炸的时代。在生命科学领域，尤其是组学研究中，数据量的激增既带来了前所未有的机遇，也带来了巨大的挑战。本文深入探讨了组学数据的分析策略，旨在帮助研究人员更好地应对这一双重局面。
6、Advances in single-cell atlas mapping
单细胞和空间基因组学技术的发展，使我们能够构建出详细的细胞图谱，揭示组织中细胞的分布、功能和相互作用。这些图谱不仅为我们提供了对组织结构和功能的全面理解，还为疾病的诊断和治疗提供了重要的参考。
7、 Single-Cell Insights for Translational Medicine
单细胞多组学技术在医学研究和临床应用中展现出巨大的潜力，其影响深远，覆盖癌症治疗、非癌症疾病治疗以及药物靶点发现和精准治疗等多个关键领域。
参考文献：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39792333/
