研究背景：

单细胞 ATAC-seq（scATAC-seq）能够在单细胞分辨率上刻画染色质开放状态，为解析细胞身份、顺式调控元件活性以及转录因子调控程序提供了重要工具。然而，scATAC-seq 数据通常存在测序深度有限、信号极度稀疏、技术性缺失严重等问题，导致细胞状态识别、差异可及性分析以及调控网络推断面临较大挑战。与此同时，现有方法往往更偏向保留二值化的“开放/关闭”信息，或强调计数层面的定量信号，难以同时兼顾两类信息的互补价值。针对这一问题，如何在高噪声、高缺失背景下更准确地恢复开放染色质景观，并进一步支持转录因子调控图谱解析，成为单细胞表观组学领域的重要课题。

文章概述：

近日，吉林大学李向涛课题组在 Advanced Science 发表题为 “PAIR: Reconstructing Single-Cell Open-Chromatin Landscapes for Transcription Factor Regulome Mapping” 的研究论文，提出了一种面向scATAC-seq数据的概率建模框架 PAIR。该方法直接基于细胞–peak二部图构建模型，引入变分潜变量层以显式表征稀疏和噪声带来的不确定性，并通过“定性解码器+定量解码器”的双解码设计，同时恢复染色质可及性的开闭状态与计数强度。PAIR 还显式考虑了细胞测序深度差异和peak基线效应，最终输出可用于聚类、批次校正、差异可及性分析和转录调控程序推断的细胞/peak表征以及校正后的可及性矩阵。

正文

在数据解析方面，PAIR 不仅提升了细胞聚类和差异可及性分析能力，还支持更深入的转录因子调控解读。在黑色素瘤 scATAC-seq 数据中，PAIR 解析了围绕 SOX10 的共可及调控邻域和状态特异性 peak 模块，揭示其与增殖、迁移和膜重塑等肿瘤相关过程的联系，并识别出 ELAPOR1、LOXL4、SMAP2、SSB、TARS3、VAV3 等与患者生存分层相关的候选基因。在前脑图谱中，PAIR 恢复了启动子近端和远端调控区域的可及性信号，并识别出 RORB、LHX2、RFX3、OLIG2、POU3F1 等与神经发育和神经元特化密切相关的 motif 富集模式，展示了其在转录因子调控图谱重建中的应用潜力。

论文信息：

PAIR: Reconstructing Single-Cell Open-Chromatin Landscapes for Transcription Factor Regulome Mapping

Yanchi Su, Qi Qi, Yi Fan, Yubo Wang, Gaoyang Hao, Ka-Chun Wong, Yunhe Wang*, Xiangtao Li*

Advanced Science

DOI:10.1002/advs.202524392

原文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202524392

期刊介绍：

Advanced Science 是 Wiley旗舰期刊 Advanced 系列中的一种完全开放获取的跨学科科学期刊，发表材料科学、物理、化学、医学、生命科学、环境科学、工程和社会科学等领域的前沿基础和应用研究。我们的使命是通过开放获取出版，使前沿创新的科学研究具有更广泛的可访问性。Wiley 的 Advanced 系列是全球公认的高影响力期刊系列，传播来自资深和青年研究人员的科学成果，帮助他们实现使命并扩大科学发现的影响力。

Advanced Science 2025年影响因子为14.1，五年平均影响因子为15.6，期刊引文指标1.74，CiteScore 为 18.1。在 2025年中国科学院院文献情报中心期刊分区表中，Advanced Science 入选综合类期刊一区TOP。