在过去的十年间，分子生物学领域的一部分重要进展来自于单个细胞内全基因组和全转录组测序研究。随着细胞分离和新一代测序的进步，研究人员不再需要分析来自群体中多个细胞的平均信号，而是可以逐个细胞地研究DNA，RNA，蛋白质和染色质。

　　单细胞基因组学，表观基因组学，转录组学和蛋白质组学研究揭示出了即使是在同一组织中遗传相同的细胞之间，基因和蛋白质表达依然存在差异。但是来自美国Parker癌症免疫疗法研究所的生物学家Pier Federico Gherardini指出，目前大多数此类研究只检查了每个细胞的单层信息，这可能会产生偏差。“你不能只测量RNA，就由此推测蛋白质看起来都一样。”

　　现阶段，科学家们已经开始以单细胞分辨率组合多层信息。这些“多组学”技术可以更仔细地观察细胞之间的可变性，更清楚地识别特定细胞及其功能。分析基因组DNA揭示了单细胞基因组，甲基化组织或染色质，而分析RNA和蛋白质则能分别产生转录组和蛋白质组数据。

　　“多组学比单一层的组学分析更强大，”英国Sanger研究所的分子生物学家Lia Chappell说，“这样才能开始解开所有异质性的真正含义，能够深入挖掘生物机制。”

　　维也纳CeMM分子医学研究中心的基因组研究员Christoph Bock认为，单细胞多组学特别适用于检查发生快速变化的细胞，如活化的免疫细胞，或非常异质组织中的细胞，包括肿瘤。

　　这种方法还可以识别在大量群体中被掩盖的罕见但具有生物学重要性的细胞。 Chappell说：“一个典型的例子是那些抗药性低的细胞，在群体研究中我们无法找到它们，因为他们被上千倍更多的细胞淹没了。”

　　然而，单细胞多组学研究并不容易。目前对于任何单细胞多组学技术，还没有可用的商业试剂盒，并且许多技术还存在限制。研究人员必须修改现有的单细胞方案，使其与多种类型的分子兼容，并且要非常小心地将样品的损失或污染降至最低。

　　基因组和转录组同时测序

　　同时对来自相同细胞的DNA和RNA进行测序可以揭示单个细胞之间的基因组变异，解释其转录水平的变化。这样做还可以更准确地检测DNA突变。

　　DR-seq（DNA-mRNA sequencing）这种测序方法发表于Nature Biotechnology[1]，通过裂解单细胞，并同时扩增裂解物中的DNA和RNA。然后将裂解物分成两半，一个用于RNA测序（RNA-seq），另一个用于基因组测序。这样在扩增过程中将DNA和RNA保持在一起，可以最大限度地减少核酸的损失，但可能会导致潜在的交叉污染。

　　G＆T-seq（genome and transcriptome sequencing）则是另外一种重要方法[2]，早在2015年生物通就报道过这种技术（Nature Methods发布重磅测序技术：基因组和转录组平行测序），研究人员当时用G&T-seq对220个小鼠和人类细胞进行测序，获得了空前详细的信息。

　　具体来说，这种技术就是利用涂有结合mRNA的短寡核苷酸序列的磁珠，物理性地从完全裂解的细胞中分离mRNA和DNA。然后将DNA和mRNA分别扩增和测序。这样让保持mRNA和DNA分离，允许研究人员使用他们选择的方案分析每种分子，但这可能导致核酸的损失。 目前G＆T-seq已实现自动化，通量相对较高。