10X Genomics的應用基於液滴捕獲技術，相對而言可定製化比較強，通量可以無限制增加，操作方便簡單。
通過液滴包裹單個磁珠和1個細胞，磁珠和細胞發生反應：細胞裂解後釋放mRNA，磁珠上的引物尾巴可以做到與mRNA的特異性結合，從而實現捕獲的目的。同時通過磁珠引物本身所帶有的cell barcode序列和UMI序列，可以對不同細胞的不同轉錄本做標記區分。因爲磁珠上的引物片段攜帶mRNA序列信息，在它的基礎上通過反轉錄或複製的方式擴增，所有的轉錄信息便帶上了cell barcode、UMI。
這篇文章裏只講10X Genomics的3'轉錄組測序和5‘轉錄組測序。
1. 10X Genomics背景
首先看一下10X Genomics長什麼樣子吧？
利用微流控技術分選單個細胞，然後將“1個bead”和“單個細胞”包裹在油滴中
腦袋不容易想象？來看這張圖：
beads在壓力的作用下逐個通過管道，而細胞和酶在另一個垂直管道，儘可能將1個細胞打到1個bead上，然後混入油相。通過油滴包裹單個細胞和bead，形成油包水的結構，創造1個bead吸附1個細胞內的mRNA的微環境。
partitioning oil爲油相
bead的體積比較大，被包裹的細胞比較小（圖中可以看到的細胞還沒有被裂解），而油相和bead之間充斥的液體中含有各種酶，其中就包括反轉錄酶（細胞裂解之後，bead通過polyT引物吸附遊離的mRNA，然後直接在油包水的結構中進行反轉錄獲得cDNA）。
2.1 3'轉錄組測序：
beads表面含有很多絨毛狀的短序列引物，短序列包括4個部分：R1、10X barcode(一個bead只有一種)、UMI（一個bead有很多種umi序列，它的使用降低了pcr的偏好性）、polyT（真核生物mRNA 3'末端含有polyA尾巴，polyT用來與mRNA的3'末端互補配對）
以下4個步驟的講解基於圖片 “3'單細胞轉錄組測序文庫構建過程”
1）cDNA反轉錄（RT）
通過polyT富集到beads上的mRNA，在酶的作用下反轉錄生成cDNA，同時在新合成鏈的5'端增加幾個GC殘基，在此基礎上通過酶引入switch oligo（switch oligo是專門設計的引物用於cDNA擴增）
2）cDNA擴增
通過switch oligo做引物擴增
3）序列回收
通過以上兩個步驟，便成功地將mRNA的序列信息引入到帶有barcode和UMI的cDNA裏，同時對它擴增。其中的barcode用來區分細胞a和細胞b...，UMI區分轉錄本1，轉錄本2...完成了對序列的特殊標記後，便可以序列回收，即使擺脫了油包水的結構，我們也可以通過“barcode序列”和“UMI序列”判斷序列來源。
4）建庫測序
將cDNA序列回收之後，便可以像普通的二代測序的步驟一樣進行建庫測序（片段化、引入接頭等等），同時二代測序的建庫過程中會添加index來區分不同的樣本。
二代測序的建庫步驟可以參考這個連接裏
https://www.jianshu.com/p/1ccdaea9e822
實際應用過程中，轉錄本的定量由UMI的種類決定，而不僅僅是支持的reads個數，UMI解決了PCR偏好性的問題
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2.2 5’轉錄組測序：
上面解釋過10X Genomics 3'轉錄組的測序，這種方式獲得的測序序列其實都是3' polyA尾巴附近的mRNA序列。爲啥呢？因爲barcode和UMI在mRNA的3' polyA那一端（二代測序是短讀長的測序方法，建庫過程中對插入測序片段的長度有要求），mRNA長度太長時，其 5’端序列被打斷，斷裂的這部分序列便喪失了barcode和UMI的指引。
5'轉錄組測序所使用的捕獲mRNA的beads與3'轉錄組測序不同，其polyA引物被換成了switch oligo，其目的就是將mRNA的5'端連接到barcode和UMI。
同樣使用polyA來富集mRNA，以polyA爲起點來做cDNA的反轉錄，同時在其5'末端加入C殘基，這裏的C殘基會與beads上switch oligo的G殘基互補配對。這樣就將mRNA的5'末端連接到帶有barcode 和 UMI的引物，同時以C殘基爲起點進行鏈的合成，最終獲得帶有barcode 和 UMI的cDNA鏈。後面的建庫測序步驟便與3'轉錄組測序相同了。
Post script: 除了以上的介紹，10X Genomics也可以通過改變beads上的引物類型，捕獲標誌性序列，以適應不同的研究和分析需求。