收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

核酸单分子操控和单细胞测序

邹远  
【摘要】:DNA既是遗传信息的载体,也具备识别、催化以及组装等功能。DNA双螺旋结构具有固定的宽度和螺距,这种特性使得DNA成为天然的“建筑”材料。通过合理的设计可利用DNA制造复杂的二维、三维纳米结构,以及各种结构可变的DNA分子机器。但是这些纳米结构和分子机器由于缺乏实际功能,无法真正应用于生物传感、药物运输、纳米器件等关键领域,发展功能性的纳米结构以及分子机器成为DNA纳米材料领域一个重要的发展方向。严格的碱基互补配对原则为DNA的半保留复制和遗传信息的稳定传递提供了分子基础,保证亲代的遗传信息完整地传递给子代,使子代获得亲代的遗传性状。但是随着遗传学的发展,人们发现核酸在亲代传递给子代时,并不是一成不变的拷贝。由于外界环境的影响以及个体的差异,亲代和子代之间、子代和子代之间核酸的组成以及含量不是完全一致的,即异质性,这在个体、组织、甚至细胞水平中都广泛存在。长期以来基于统计平均的研究方法使得人们认为同一组织中的所有细胞是相同的,含有相同的DNA和RNA。但是单个细胞作为生命活动的基本功能单元,实际上并不是完全相同的。研究表明,单细胞的异质性广泛存在于生命活动中,特别是一些关键的生命过程,例如胚胎发育、干细胞分化、癌症的产生和发展等,细胞之间的异质性在这些过程中往往起着关键的作用。通过对单个细胞的DNA/RNA的测序,可以揭示单细胞的基因结构和基因表达状态,阐明细胞异质性发生的机制,在发育生物学、肿瘤研究、神经学、微生物学等关键领域发挥重要作用。基于核酸的纳米组装功能和遗传功能及其在单细胞中的异质性等关键问题,本论文开展了以下几个方面的研究:1.光控DNA单分子纳米剪刀的构建基于DNA分子严格的碱基互补配对原则,结合具有催化功能的DNAzyme和光敏调控分子偶氮苯,构建了一个光调控的功能性DNA纳米机器。该分子机器在光调控下具有对DNA底物分子的可控切割功能,被称之为“DNA单分子纳米剪刀”。在紫外光或者可见光的照射下,纳米剪刀分别处于打开或闭合状态,其剪切功能相应被激活或者抑制,实现对底物分子的可控剪切。这种时空可控的DNA纳米机器在纳米组装以及药物递送等方面有着潜在的应用。2.单细胞测序编码微球的合成为了提高单细胞测序的通量、降低单细胞测序的成本,人们发展了单细胞编码微球技术对单细胞DNA/RNA进行编码。我们利用拆分与混合法合成了单细胞编码微球文库,发展了新型微乳液数字PCR法进行编码微球的合成。拆分与混合法在DNA合成仪上利用5'到3'DNA合成试剂,经过12个循环的拆分与混合得到库容量大于一千万(412)的细胞编码文库,再进行分子编码和捕获序列的合成。该方法合成方法简单,文库容量大。微乳液数字PCR法将单个微球和单个细胞编码分子包裹在一个微反应液滴中进行单分子PCR扩增,一步即可完成细胞编码序列的扩增合成,通过连接反应进行分子编码和捕获探针的偶联,两步反应即可完成编码微球的合成。该合成方法步骤少、操作简单,只需合成一个简单细胞编码文库就可以合成制备庞大的编码微球文库,成本低廉,不需要DNA合成仪等大型仪器,只需要常规的PCR、连接反应就可以完成,具有更高的普适性。微乳液数字PCR法以水为分散介质具有三维网状结构的水凝胶作为微球的载体,该微球具有易修饰的优点,具有高比表面积的三维网状结构,可比实心结构的微球修饰更多的目标分子,并且具有良好的生物反应兼容性以及刺激响应的凝胶—溶胶转变特性等,大大提高了生化反应的效率。3.高通量单细胞转录组测序针对单细胞测序通量低、测序成本高的技术瓶颈,我们结合微流控与编码微球技术发展了的高通量单细胞测序平台。基于流体力学和尺寸效应,提出了高通量单细胞平行操控微流控平台,实现了高通量单细胞的平行操控,如单细胞捕获、分隔、裂解等;结合编码微球技术,实现了单细胞/单微球高效配对与编码;结合高通量测序技术,发展高通量单细胞测序新方法,实现只需单次测序即可完成大量单细胞测序,降低了单细胞测序的成本。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前17条
1 李法君;;降解组测序技术及其研究进展[J];生物学教学;2017年04期
2 彭桂兰;陈嘉慧;荣丹箐;;第四代测序技术[J];农村经济与科技;2017年10期
3 王海;;高通量测序技术新名词的理解和辨析[J];中国科技术语;2017年04期
4 权冰娥;李树;;新一代DNA测序技术在法医实践中的应用及其研究进展[J];辽宁警察学院学报;2017年06期
5 郑秋燕;李清;毛华明;冷静;;测序技术的发展对瘤胃元基因组研究的影响[J];黑龙江畜牧兽医;2015年21期
6 韩齐;李媛媛;孙方达;孔保华;陈倩;;新一代测序技术在食品微生物学中的应用[J];食品工业;2016年01期
7 杜兵兵;;第二代高通量测序技术的原理及其在医学中的应用进展[J];中国继续医学教育;2016年03期
8 周莹;许冰莹;;二代测序技术在临床医学上的相关应用[J];昆明医科大学学报;2016年03期
9 乌日拉嘎;徐海燕;冯淑贞;孙志宏;孟和毕力格;张和平;;测序技术的研究进展及三代测序的应用[J];中国乳品工业;2016年04期
10 郭海燕;程国虎;李拥军;张昊;秦康乐;;高通量测序技术及其在生物学中的应用[J];当代畜牧;2016年12期
11 史子学;王秀杰;;高通量测序技术应用于猪病检测的探讨[J];猪业科学;2016年07期
12 张丁予;章婷曦;王国祥;;第二代测序技术的发展及应用[J];环境科学与技术;2016年09期
13 郭俊;李小燕;蔡伦;王绿娅;杜杰;;医学研究生"高通量测序技术"应用能力的培养[J];现代生物医学进展;2016年31期
14 杜玲;刘刚;陆健;刘丑生;哈福;;高通量测序技术的发展及其在生命科学中的应用[J];中国畜牧兽医;2014年12期
15 张媛;肖霞;张俊红;齐力旺;韩素英;;落叶松干细胞发育模型研究中的高通量测序技术[J];生物产业技术;2013年04期
16 周贝贝;刘立;黄彦;肖华胜;;新一代测序技术及其产业化前景[J];生物产业技术;2013年04期
17 李明辉;杨振兴;侯睿;魏应亮;肖华胜;;新一代测序技术在临床检测中的应用[J];生物产业技术;2013年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵洁;赵志军;贾伟;师志云;赵颖;张玉英;赵玥;魏军;;新一代测序技术及其应用[A];第三届中国临床微生物学大会暨微生物学与免疫学论坛论文汇编[C];2012年
2 何彪;涂长春;;下一代测序技术的应用及展望[A];中国畜牧兽医学会家畜传染病学分会第八届全国会员代表大会暨第十五次学术研讨会论文集[C];2013年
3 柳延虎;王璐;于黎;;单分子实时测序技术的原理与应用[A];遗传多样性:前沿与挑战——中国的遗传学研究(2013-2015)——2015中国遗传学会大会论文摘要汇编[C];2015年
4 赵玥;赵志军;贾伟;师志云;;454高通量测序技术及其在临床上的应用[A];第三届中国临床微生物学大会暨微生物学与免疫学论坛论文汇编[C];2012年
5 李晓峰;刘公社;;利用454测序技术大规模挖掘羊草抗逆转录因子的研究[A];中国草学会牧草育种委员会第七届代表大会论文集[C];2009年
6 古其会;吴清平;张菊梅;吴慧清;孙铭;;高通量测序技术在饮用水微生物多样性研究中的应用[A];中国食品科学技术学会第十三届年会论文摘要集[C];2016年
7 杨刚;吴镝;张娟;张丽芳;马多;蒋丽娜;李梦龙;文志宁;;统计学方法在mRNA-Seq中的应用[A];中国化学会第28届学术年会第14分会场摘要集[C];2012年
8 江泓;陈召;唐北沙;;应用二代测序技术诊断3个毛细血管扩张性共济失调家系[A];中华医学会第十八次全国神经病学学术会议论文汇编(下)[C];2015年
9 倪培相;;新一代高通量测序技术在微生物基因组学研究中的应用[A];2010年中国科学院微生物研究所博士后学术年会暨第二届博谊论坛论文摘要集[C];2011年
10 刘学冬;;新一代测序技术对法医学DNA分析的影响[A];法医临床学专业理论与实践——中国法医学会·全国第十八届法医临床学学术研讨会论文集[C];2015年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邹远;核酸单分子操控和单细胞测序[D];厦门大学;2017年
2 宣金锋;Y染色体遗传标记在法医学中的应用研究[D];中国医科大学;2019年
3 王景;16S rRNA基因二代测序中的测序深度与测序错误对微生物群落多样性分析的影响[D];上海交通大学;2018年
4 初砚硕;基于肿瘤测序数据的亚克隆重构方法研究[D];哈尔滨工业大学;2019年
5 朱家楼;泌尿系统相关肿瘤基因组学研究[D];武汉大学;2017年
6 陈科;二代测序平台进行核酸检测的新技术研究[D];东华大学;2018年
7 Arslan Mehboob;利用转录组测序技术研究鸡lambda干扰素在鸡细胞及器官中介导的免疫信号通路[D];中国农业科学院;2019年
8 平捷;高通量测序技术在个性化医疗中的应用[D];上海交通大学;2012年
9 谢为博;基于表达谱芯片和新一代测序技术的高通量基因分型方法的开发[D];华中农业大学;2010年
10 林强;应用第二代高通量测序技术研究哺乳动物转录组以及转录调控机制[D];中国科学院北京基因组研究所;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王骏;基于深度测序技术的柑桔衰退病毒新基因型鉴定研究[D];西南大学;2019年
2 周佩霞;面向第三代测序技术的基因组长序列片段比对算法研究[D];湖南师范大学;2019年
3 柴贵娟;基于高通量测序技术对喉癌相关长链非编码RNA的初步筛选及鉴定[D];吉林大学;2019年
4 靳柯;基于双线性回归的单细胞测序数据去噪算法研究[D];华中师范大学;2019年
5 刘娇;采用高通量测序筛选MC4R下游基因表达谱及验证[D];郑州大学;2019年
6 方银瑞;基于Hadoop平台的下一代测序数据处理算法研究[D];西北农林科技大学;2019年
7 李盛源;新一代高通量测序数据校正方法研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
8 潘笑;盐胁迫甘草愈伤组织转录组测序分析[D];河北大学;2018年
9 吴德亮;基于降维与聚类的单细胞RNA测序数据分析[D];哈尔滨工业大学;2018年
10 邵韦涵;利用高通量测序技术对“黄优1号”黄颡鱼杂交优势的初步解析[D];华中农业大学;2018年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 刘丹;纳米测序商业化在即[N];中国科学报;2012年
2 李响 李金山;新单细胞DNA甲基化测序技术可应用于不同物种[N];中国科学报;2019年
3 记者 罗晨;“下一代测序技术”发力食品检测[N];中国食品报;2019年
4 记者 王潇雨;测序技术联手捕获肝癌免疫状态[N];健康报;2019年
5 记者 张梦然;测序技术找到16世纪灾难性流行病罪魁祸首[N];科技日报;2018年
6 本报记者 孙玉松;基因快捷测序,服务更多“朱莉”们[N];科技日报;2018年
7 中国妇女报·中华女性网记者 刘月辉 富东燕;朱岩梅:基因科技造福人类[N];中国妇女报;2017年
8 记者 刘海英;83个罕见基因变异可显著影响身高[N];科技日报;2017年
9 记者 王思琪 王悦;基因检测上游壁垒高筑[N];第一财经日报;2017年
10 胡阳 本报记者 沈洪;瞄准“改变世界的技术”[N];中国质量报;2017年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978