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全长转录组与单细胞转录组技术在药用植物次生代谢产物生物合成研究中的应用的综述报告
随着基因组和转录组分析技术的发展，越来越多的研究聚焦于药用植物次生代谢产物（SMs）的生物合成途径研究，其中包括不少关键酶的鉴定和功能解析，以及代谢网络的建立和相关基因工程的应用。全长转录组和单细胞转录组则提供了相对完整和精细的生物合成途径的转录信息，成为当前研究的新热点。本文将从技术原理、优势、应用场景和挑战等角度，对这两种技术在药用植物SMs研究中的应用进行综述。
一、全长转录组技术
1.技术原理
全长转录组技术（Full-lengthtranscriptomesequencing，FLT-seq）是一种基于全长转录本测序的高通量、低假阳性、精度高的转录组分析技术。其核心技术是第三代测序技术，如PacBioSMRT和OxfordNanoporeTechnologies（ONT）的MinION。相较于第二代测序技术（如Illumina），第三代测序技术能够直接测序RNA转录本，并获得包括5'端和3'端在内的全长转录本信息，避免了依赖参考基因组的问题。
2.优势
（1）全长转录本信息更加完整和精细。相较于第二代测序技术，第三代测序技术能够获取RNA转录本的全长信息（包括UTR区域，splicing变异等），为SMs的生物合成途径提供更加准确的基因-酶-途径信息，有助于酶基因的快速鉴定和功能的敲除等分子生物学实验。
（2）克服了对参考基因组的依赖。由于药用植物的基因组往往缺乏完整的公共参考，全长转录组技术能够通过直接测序RNA转录本来获取它们的转录本信息（包含相对应的基因序列，拆分后的外显子信息等），不需要参考序列即可完成转录组的构建和分析，能够解决参考序列的局限性问题。
（3）高精度和低假阳性。由于第三代测序技术本身的性能，全长转录组技术一般能够达到比较高的读长（通常在1000bp或以上），避免了拼接和缺失等错误，减少了假阳性的干扰，保证结果的准确性。
3.应用场景
（1）药用植物SMs生物合成途径的酶基因鉴定。全长转录组技术能够提供完整的转录本序列，为SMs生物合成途径的主要酶基因鉴定提供依据，有助于揭示酶催化特性和调节网络的建立和优化。
（2）转录本水平的差异表达分析。全长转录组技术可以检测到全长转录本水平的表达变化，为药用植物SMs的不同生长阶段、生态环境和组织部位等因素下的转录本水平表达分析提供基础。
（3）药用植物转录后调控机制分析。全长转录组技术可以检测到RNA剪切和RNA编辑等转录后调控机制，为药用植物SMs生物合成途径静态和动态调控机理的研究提供基础。
二、单细胞转录组技术
1.技术原理
单细胞转录组分析技术（Single-CellRNASequencing，scRNA-seq）是一种能够获取单个细胞的全基因组转录本信息的高通量、高精度和高灵敏度的技术。其核心技术是基于微流控芯片的单细胞分选和第三代测序技术的结合。通过微排针或者微滴定法将单个细胞分选至微小反应腔，然后应用第三代测序技术测序获得这些细胞的全基因组的转录本信息。
2.优势
（1）提供单细胞级别的转录本信息。单细胞转录组技术能够获取单个细胞的全长转录本信息，为药用植物SMs研究提供单细胞级别的基因表达与代谢网络的信息，有助于揭示植物SMs的异质性表达和转录后调控等机制。
（2）对样本来源要求低。药用植物的代谢网络往往具有组织和细胞的异质性，需要对不同的组织和单元进行分析。相较于传统的组织或细胞测序分析，单细胞转录组技术可以避免不同单元的掩盖效应，同时对于不同类型的组织和样本来源来说，单细胞分选的标准并不依赖于细胞形态和大小，因此可以克服传统测序分析对于细胞来源的限制。
3.应用场景
（1）单细胞转录后调控的揭示。药用植物SMs生物合成途径在不同细胞中的异质性表达和转录后调控机制具有重要作用，而单细胞转录组技术能够提供相对准确的单细胞转录本序列，为转录后调控机制的研究提供基础。
（2）生物合成途径差异分析。通过技术手段，差异化分析对比不同类型药用植物细胞的RNA转录本水平和SMs生物合成途径的不同功能基因的表达模式，能够更好地揭示SMs途径差异性。
（3）药用植物细胞亚群和转录图谱的构建。单细胞转录组技术能够将药用植物细胞分为不同的亚群，对这些亚群进行转录组分析，构建精细的转录图谱，为阐明SMs生物合成机制和调控网络提供新思路。
三、挑战与展望
虽然全长转录组和单细胞转录组技术都能够为药用植物SMs研究提供高分辨率的转录本信息，但这两种技术也面临着相应的挑战。其中比较显著的挑战在于：
（1）数据量越来越大：由于全长转录组和单细胞转录组技术都能够获取非常大的数据量，因此需要依赖高性能计算设备和大数据技术，对生成的数据进行存储、处理和分析。
（2）技术复杂度高：全长转录组和单