單個細胞是生命活動和進化的基本單元。因此，單細胞水平上的功能分析和分選能夠解析生命體系最“深”層次的異質性和運作機制。近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所研究人員率先開發出單個活體細胞水平的甘油三酯（triacylglycerol，TAG）含量免標記測量技術，并首次實現了單細胞精度的微藻細胞群體合成TAG過程動態定量監測。該項工作已在線發表于Biotechnology for Biofuels（Wang, Ji, et al, Biotechnology for Biofuels, 2014）。
甘油三酯是地球上生物的主要能量貯存形式之一。它是人體內含量最多的脂類，也是微藻通過光合作用以二氧化碳為原料合成“藻油”等生物燃料的主要成分。因此，對細胞TAG含量的測定具有重要意義和應用價值。傳統細胞內TAG的定量測定方法通常依賴于侵入性甚至是破壞性的細胞處理，需要大量細胞樣品，因此掩蓋了細胞之間的表型異質性，而且耗時耗力，極大限制了基于細胞TAG含量測定的科學研究和種質篩選。
生物能源所單細胞研究中心功能基因組團隊王婷婷、籍月彤等利用自主研制的活體單細胞拉曼分選儀（Raman-activated Cell Sorter，RACS），通過單細胞拉曼光譜的快速采集和分析，發明了無需標記、無損、高通量的活體單細胞TAG含量測量技術，進而利用該技術首次在單細胞水平定量表征了微藻產油過程（圖1）。研究人員在對產油過程中單細胞TAG含量及其脂類不飽和度的實時定量分析時發現，單個細胞水平的TAG含量與脂類不飽和度呈顯著的負相關，而這一規律是傳統群體層面細胞油脂分析方法難以揭示的。
上述基于RACS的單細胞TAG定量技術直接跳過細胞培養環節，因此能夠分析自然界的尚未培養微生物。同時它無需細胞標記或破壁等繁瑣預處理，而且每個細胞測量時間低于一秒，能將種質TAG含量鑒定時間從數周縮短為數分鐘（以產油微藻為例）。與下游單細胞測序與基因表達分析對接，該方法還將允許細胞TAG含量異質性的機制研究。因此，該方法在疾病診斷、藥物篩選、生物能源、環境監測、碳匯研究等諸多領域具廣闊應用前景。
上述研究獲得了基金委微進化重大研究計劃、科技部863合成生物學重大項目、中科院創新團隊國際合作伙伴計劃等支持，由單細胞研究中心徐健研究員與黃巍研究員共同主持完成。美國亞利桑那州立大學胡強教授團隊也參與了該研究。
圖1、利用單細胞拉曼光譜技術在單個細胞精度實時監測微藻產油過程。微擬球藻細胞在缺氮（A）和對照條件下（B）不同時間點的拉曼圖譜，以TAG的典型種類triolein圖譜作為參照。圖中每條圖譜是60個單細胞光譜的平均值。
原文鏈接：
T. Wang, Y. Ji, Y. Wang, J. Jia, J. Li, S. Huang, D. Han, Q. Hu, W. Huang, J. Xu, Quantitative dynamics of triacylglycerol accumulation in microalgae populations at single-cell resolution revealed by Raman microspectroscopy. Biotechnology for Biofuels, 2014 7:58. DOI: 10.1186/1754-6834-7-58
