ISO scRNA-seq：单细胞全长转录组测序

2026-09-01

前言

❗️单细胞研究赛道拥挤❗️

❗️研究同质化严重❗️

❗️审稿门槛升高❗️

🤨单细胞研究，还能往哪里继续深入？蓝海赛道？

很多时候，基因表达量相似，并不意味着细胞使用的是同一种转录本。

同一个基因经过不同的RNA加工与可变剪接，可以形成多个结构不同的转录本异构体（Isoform）。不同Isoform可能具有不同的外显子组合、转录起始位点、3′端结构甚至蛋白编码潜能。因此，细胞异质性不仅存在于“一个基因表达多少”，也可能存在于：

这个基因究竟表达了哪一些Isoform？

常规scRNA-seq主要获取转录本3′端或5′端附近的序列信息，当不同Isoform具有相同或高度相似的末端序列时，往往难以直接区分其完整结构和使用比例。单细胞全长转录组测序（ISO scRNA-seq）则进一步将研究分辨率从基因层面推进到完整转录本与Isoform层面。

Wang F, et al. Trends Genet. 2026

近年来，单细胞长读长/全长转录组相关技术与应用研究持续增加，其研究活跃度持续升高，也为肿瘤、神经、免疫、发育等研究提供了新的结构转录组视角。

近五年单细胞全长转录组研究领域医学相关研究高频词云图

单细胞全长转录组测序

表观生物单细胞全长转录组测序服务，结合单细胞分辨率与长读长测序优势，在解析细胞类型与基因表达特征的同时，进一步获取完整转录本结构信息，实现对 Isoform、可变剪接、新转录本、融合转录本及APA等多维特征的精细解析。为揭示细胞异质性、疾病机制及关键功能转录本提供更深入的研究视角。

ISO scRNA-seq技术路线

单细胞平台可选微流控液滴法（10x、MGI）或微孔法（BD），推荐首选10x平台

ISO scRNA-seq可以回答什么？

应用场景？

送样要求

ISO scRNA-seq

ISO scRNA-seq数据分析

分析内容

标准分析

1. 原始数据质控

2. barcode 识别与细胞归属

3. UMI 提取、去重与molecule级统计

4. 基因组比对

5. transcript重建与结构识别

6. Isoform注释与归类

7. gene-level与isoform-level定量

8. 细胞聚类与注释

9. Isoform与细胞类型映射

10. 样本内候选整合

高级分析

1. 细胞类型间 Isoform 使用差异与切换

2. 可变剪接候选

3. APA/PAS候选

4. Fusion候选扫描

5. 新转录本与新结构注释

6. 细胞类型特异Isoform / 状态相关Isoform

7. 通路与功能关联

8. 候选机制筛选

分析示例

测序质量总览

读长、Q值及二者的联合分布展示了本次长读长测序数据的基础质量；下方指标卡汇总总 reads、总碱基数、平均及中位读长、N50和中位Q值

细胞类型UMAP

UMAP 展示保留细胞的最终注释，包括上皮、免疫、基质、血管和神经相关细胞群；同一细胞类型在全文中保持固定颜色

Isoform结构

环形图和条形图从比例与绝对数量两个角度展示参考相关结构类别，包括 FSM、ISM、NIC、NNC 及其他类别

每个基因的Isoform多样性

ECDF展示不同基因对应的转录本模型数量分布，排序曲线突出具有较多候选结构的长尾基因

可变剪接事件概览

棒棒糖图汇总保留候选中的替代3′/5′剪接位点、外显子跳跃和内含子保留等结构事件数量

可候选基因的转录本结构轨道

同一基因中的多个完整外显子链模型被并列展示，可直观看到已注释与候选转录本之间的结构差异

APA/PAS位点距离景观

密度曲线和ECDF展示同一基因内候选末端位点间距离的整体分布，反映潜在末端选择的跨度

多末端位点APA候选

哑铃图展示支持度较高基因中最近端与最远端候选末端位点之间的基因内跨度

ISO scRNA-seq

ISO scRNA-seq研究案例

结直肠癌RNA异构体全景

Systematic characterization of full-length RNA isoforms in human colorectal cancer at single-cell resolution

DOI: 10.1093/procel/pwaf049 IF: 18.2 Q1 B1

研究路线

研究纳入12例结直肠癌患者配对的原发肿瘤与邻近正常组织，利用ISO scRNA-seq构建单细胞水平的完整转录本图谱，并结合全外显子测序（WES）进一步追踪剪接异常及其潜在驱动因素。

共鉴定29,429个非冗余Isoform，覆盖12,827个基因。与正常上皮细胞相比，癌细胞中单细胞检出的Isoform数量明显增加，同时表达多个Isoform的基因比例也更高，提示 CRC 癌细胞具有更高的转录后复杂性。

进一步分析发现，癌细胞中还存在广泛的3′UTR缩短、内含子保留变化以及差异转录本使用（DTU）。其中部分转录本变化并不伴随明显的基因总表达差异，却可能改变编码区或蛋白结构。

研究最终进一步聚焦剪接调控因子PPIG，通过细胞扰动实验对患者样本中发现的异常剪接现象进行验证，实现了从：

患者单细胞转录本发现 → 异常剪接 → 候选调控因子 → 功能验证

的研究闭环。

其他相关研究案例

1. Tang W, Lo CWS, Chu ATW, et al. Mapping glioblastoma's isoform diversity using long-read single-cell analysis. Nat Commun. 2026;17(1):5640. Published 2026 Apr 23.

2. Li Z, Zhang B, Chan JJ, et al. An isoform-resolution transcriptomic atlas of colorectal cancer from long-read single-cell sequencing. Cell Genom. 2024;4(9):100641.

3. Patowary A, Zhang P, Jops C, et al. Developmental isoform diversity in the human neocortex informs neuropsychiatric risk mechanisms. Science. 2024;384(6698):eadh7688.

4. Shiau CK, Lu L, Kieser R, et al. High throughput single cell long-read sequencing analyses of same-cell genotypes and phenotypes in human tumors. Nat Commun. 2023;14(1):4124. Published 2023 Jul 11.

5. Dondi A, Lischetti U, Jacob F, et al. Detection of isoforms and genomic alterations by high-throughput full-length single-cell RNA sequencing in ovarian cancer. Nat Commun. 2023;14(1):7780. Published 2023 Nov 27.

6. Liu Y, Goretsky A, Keskus AG, et al. Long-read sequencing of single cell-derived melanoma sublines reveals divergent and parallel genomic and epigenomic evolutionary trajectories. Nat Commun. 2026;17(1):8740. Published 2026 Jul 16.

7. Sison SL, Zampa F, Kofman ER, et al. Single-cell and isoform-specific translational profiling of the mouse brain. Nature. 2026;652(8111):965-977.

8. Papavasileiou S, Mo J, Boey D, et al. Single-Cell Omics Analysis of Human Basophils Reveals Two Transcriptionally Distinct Populations. Allergy. 2026;81(6):2059-2068.

9. Kang D, Xie SZ, Luo YZ, et al. Single-Cell RNA Editing Identifies T Cell ADAR1 as a Key Regulator of Immune Exhaustion and Anti-PD-1 Resistance in Colorectal Cancer. Adv Sci (Weinh). Published online June 15, 2026.

10. Zhang Z, Ding L, Zhong Y, et al. Tumor-Infiltrating mregDCs Restrain Anti-Tumor Immunity in Early Relapse HCC. Adv Sci (Weinh). 2026;13(45):e75695.

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