使用 MANTIS® 液体处理器和 DNTR-seq 检测方法在单细胞中生成联合全基因组和 mRNA 文库

介绍

新的单细胞技术促进了健康组织和癌症中异质细胞群的分析。单细胞全基因组测序可以研究肿瘤和健康组织的克隆结构和遗传变异，并且可以通过单细胞转录组学确定不同的细胞类型或细胞状态的变化。然而，基因组数据本身依赖于先验知识来理解任何表型效应。相反，转录组数据可以说是衡量细胞表型的一种敏感指标，但其本身并不能揭示这种变异的根本原因。

最近，来自瑞典卡罗林斯卡研究所的Martin Enge教授及其同事报告了直接核标记和 RNA测序（DNTR-seq，Zachariadis 等人2020）的发展，这是一种联合测序来自同一单细胞基因组 DNA 和 mRNA 以确定基因型对表型直接影响的方法。虽然已经发表了其他联合单细胞 mRNA 和 DNA 测序的方法，但它们的规模化成本高得令人望而却步，需要专门的设备，或者存在技术偏差，限制了它们的采用。我们分享一个使用 DNTR-seq的低成本实验方案，无需专用设备，生成覆盖均匀且技术偏差低的 DNA 文库，并实现与黄金标准、单模态方法同等质量的 mRNA 文库。通过将 MANTIS®液体处理器与其他液体处理仪器结合使用，我们能够在一天内对 1500 个细胞进行多路复用和制备 DNA 和 RNA 文库。在本应用笔记中，我们将展示如何使用 MANTIS 执行 DNTR-seq 并概述该系统的一些优势。

实验方案

DNTR-seq是一种基于微孔板的多组学方法，其精确步骤在protocols.io网站上进行了描述。分离感兴趣的组织并使用FACS分选器进行细胞分离，其中单细胞被分选到 384 孔板中。轻轻裂解细胞膜并进行离心步骤。然后轻轻吸入胞质溶胶，将其转移到另一个微孔板中。这实现了细胞核和胞质溶胶的物理分离。每个部分都可以未经处理地存储，这使得实验设计具有灵活性。

mRNA 测序基于Smart-Seq2，其中包括许多可以在 MANTIS 上以快速准确的方式执行的分配步骤。首先，将Oligo(dT)引物与mRNA退火，然后进行逆转录和 PCR 预扩增，然后进行 PCR 纯化、标记、PCR 和测序。全基因组测序基于直接标记，使用过度活跃的 tn5 转座子系统。此时，我们进行蛋白酶消化以从核蛋白中释放基因组 DNA。然后通过转座消化基因组 DNA，转座装载 Illumina 测序兼容的寡核苷酸，这些寡核苷酸通过PCR扩增添加。这样我们就不需要执行任何有损清理程序，直接标记方法最大限度地减少了位置偏差，使该方法成为调用拷贝数变异 (CNV) 的理想方法。

基因组和转录组测序的实验方案都包括非常适合MANTIS的分配步骤。我们将重点介绍三种使用 MANTIS 降低成本的方法，即节省时间、节省试剂和最大限度地减少塑料消耗。

使用MANTIS的时间效率

我们系统的分液体积范围为1μL到20μL，因此事实证明，能够在小容量芯片（0.1 或0.5 μL 试样）和大容量芯片（1或5μL 试样）之间自由选择非常有用。使用MANTIS，我们能够在不到 3 分钟的时间内将1μL液滴分配到384孔板的每个孔中，并在大约8分钟内移液20μL（图 1）。

                                                           图 1. 分液时间

因为可以在胞质溶胶解冻或从细胞核分裂3分钟后设置逆转录，所以这不仅大大增加了实验室中的多路复用能力，而且还减少了我们必须处理mRNA的时间。因此，最大限度地减少RNA降解的机会。使用裂解缓冲液制备微孔板也是如此，因为我们在裂解缓冲液中加入了ERCC RNA Spike-In (External RNA Controls Consortium) 。

使用MANTIS最大限度地减少试剂浪费

我们在 DNTR-seq 实验方案中同时使用 FORMULATRIX® 的低容量和高容量芯片。当使用低容量芯片时，我们使用移液器吸头为储液器装载试剂，而当我们使用高容量芯片时，我们通过基于管道的储液器装载试剂。在制备一块微孔板时（图2），我们实验室的两种典型分配体积--20μL（使用高容量芯片）和 1.5μL（使用低容量芯片）--的不可恢复死体积分别仅为 4% 和 5.5%（图 2）。

图2. 试剂使用

通常，我们一次处理四块微孔板，由于我们不需要为每块微孔板充注芯片，因此不可回收的死体积下降到所制备试剂总体积的1%以下。

使用MANTIS最大限度地减少塑料消耗

在没有MANTIS的情况下处理 384 孔板需要大量的移液器吸头。通过使用 MANTIS执行分配步骤，当我们需要复制微孔板和条形码时，除了胞质溶胶和细胞核部分之间的分离之外，我们无需使用吸头。实验方案中的一些试剂，如标记混合物和SDS，由于它们的一致性，使其难以移液，因此，即使可以进行非接触式分液，也需要我们在手动移液时经常切换吸头。换用MANTIS后，我们节省了10盒用于处理一块DNA实验板和一块RNA实验板（384个细胞）的吸头。这为 384 个细胞的 DNTR-seq 检测节省了 130 多欧元。 

通过使用MANTIS，我们生成了两种模式的高质量库（图 3）。

图 3. 在 Agilent TapeStation 上运行的成功 DNA（顶部）和 RNA（底部）DNTR-seq 文库的概况。

MANTIS能够快速移液，无需使用吸头，且材料浪费少，因此非常适用于DNTR-seq（一种高度可扩展、灵活、基于板的方法）等方案。