单细胞转录组测序技术是近年来应用最为广泛的新兴生物技术之一。单细胞转录组测序技术克服了传统的大量细胞转录组测序技术中基因表达平均化的缺点,在单个细胞层面上描绘转录组表达情况。高通量单细胞转录组测序技术的出现使得科研人员能够在单细胞层面上精细描绘各类复杂器官、组织和生物学过程中转录组情况,有力地推动了针对复杂生物学过程的科研研究。高通量单细胞测序技术的改进给各类生物学问题的研究提供了更好的工具。本论文围绕高通量单细胞转录组测序技术的分析、改进与应用,首先系统性地分析当下广泛应用的基于液滴的高通量单细胞转录组测序技术,并在in Drop技术的基础上改进建立了具有更高检测灵敏度与操作易用性的DBS-seq技术。随后作者将高通量单细胞转录组测序技术的研究成果应用于血液系统的研究中。在Tfr在自体免疫调节过程中作用的研究课题中,针对保留样品来源的多样品混合上机和序列相似度评价需求,建立了利用抗体引入特定可测序标签的技术,在实现单次实验多样本混合的基础上保留了细胞表面蛋白信息,使其能够与转录组数据整合分析,并编写了一套基于动态规划的序列相似度评价算法,能够完全自主调整打分规则,用于在数据量中等的情况下通过寻找全局最优解来评价序列间相似程度。作者对自体免疫过程中B淋巴细胞的BCR和T淋巴细胞的TCR序列进行大规模测序分析,描绘了在Tfr缺失对生发中心B细胞与浆细胞的BCR变化,从Tfh与Tfr的TCR序列相似度上给出了Tfr在自体免疫过程中抑制作用机制的证据,并找到一批在不同个体中表达的公共TCR克隆。在斑马鱼生骨区来源造血干细胞的研究课题中,作者整合了高通量单细胞测序与高精度单细胞测序数据,确认了一类未被深入研究过的罕见细胞类型的存在,在不同时间点描绘了该类细胞在细胞类型转化过程中的转录组水平变化情况,并找到一批潜在的调控该过程的关键基因,有力地推进了针对这一罕见细胞类型的溯源和转化全过程的研究。综上所述,本论文从高通量单细胞测序技术的分析开始,在in Drop基础上建立了DBS-seq技术。在应用于血液系统的研究过程中,结合具体研究问题建立了利用抗体引入可测序标签技术和序列间相似度评价的分析方法,在免疫学和发育生物学学两个科研问题研究中展示了高通量单细胞测序技术的重要作用。