基因表达调控是细胞分化、功能特化以及疾病发生发展的重要过程。传统的基因表达研究主要基于总体细胞的测序数据，忽视了细胞内基因组的三维组织结构和空间调控。然而，越来越多的研究表明，基因组的空间组织对于基因的表达调控具有重要影响。单细胞多组学技术的发展为研究三维基因组与基因表达的关系提供了新的机遇。
单细胞多组学技术揭示三维基因组与基因表达的关系：
1.单细胞染色体构象测序（single-cell chromatin conformation sequencing，scHi-C）：scHi-C技术能够通过测量基因组内部的染色体相互作用，揭示基因组的空间组织和拓扑结构。通过与单细胞转录组数据的整合分析，研究者们能够发现染色体构象的变化与基因表达的关联性。例如，研究发现染色体域的空间相互作用可以促进远程基因调控，影响基因的转录水平。
2.单细胞DNA甲基化测序（single-cell DNA methylation sequencing，scBS-seq）：DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰方式，参与基因表达调控。通过单细胞DNA甲基化测序技术，可以在单细胞水平上获得DNA甲基化的信息。将单细胞DNA甲基化数据与单细胞转录组数据结合分析，可以揭示基因的表观调控与基因表达的关系。研究表明，DNA甲基化的变化与基因表达的调控密切相关，特定甲基化位点的变化可以启动或抑制基因的转录活性。
3.单细胞RNA结构测序（single-cell RNA structure sequencing，scRNA-STARR-seq）：scRNA-STARR-seq技术可以同时测量基因的转录活性和RNA的二级结构信息。这种技术可以帮助研究者们揭示RNA二级结构与基因转录调控之间的关系。研究发现，RNA二级结构的改变可以影响基因的转录速率和稳定性，从而调控基因的表达水平。
潜在应用和未来发展： 单细胞多组学技术在揭示三维基因组与基因表达关系方面具有重要的应用潜力。这些技术的发展不仅可以帮助我们更全面地理解基因表达调控的机制，还可以揭示基因组在发育、疾病发生和治疗等方面的重要作用。未来，随着技术的进一步改进和发展，我们可以期待更高分辨率、更精准的单细胞多组学技术的出现，从而更深入地探索三维基因组与基因表达之间的关系。
结论： 单细胞多组学技术的出现为研究三维基因组与基因表达之间的关系提供了新的突破口。通过整合单细胞基因组、转录组、表观基因组等多个层面的信息，我们可以揭示基因表达调控的多维度机制。这将有助于我们更全面地理解细胞功能、疾病发生和治疗等方面的重要问题，为精准医学和个性化治疗提供新的理论和实践基础。
参考文献：
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- Chen X, et al. Single-cell transcriptome and epigenomic reorganization during mammary gland development. Nat Commun. 2019 Apr 11;10(1):2016.
- Clark SJ, et al. scNMT-seq enables joint profiling of chromatin accessibility DNA methylation and transcription in single cells. Nat Commun. 2018 Mar 26;9(1):781.
- Boudreau A, et al. The C1 CAGE detects transcription start sites and enhancer activity at single-cell resolution. Nat Methods. 2019 Feb;16(2):167-176.
