本章简要介绍了最常用的单细胞核糖核酸（RNA）测序技术以及相关的基本分子生物学概念。多模态或空间测序不在此章节涉及范围内，而是在相应的高级章节中介绍。所有测序技术都具有各自的优势和局限性，数据分析人员必须了解这些，以便意识到数据可能存在的偏差。

众所周知，生命是区分生物体与死亡或无生命实体的特征。对术语“生命”的大多数定义都有一个共同的实体——细胞。细胞形成开放系统，维持稳态，具有新陈代谢，生长，适应环境，繁殖，对刺激做出反应，并自我组织。因此，细胞是构成生命的基本单元，最早由英国科学家罗伯特·胡克在1665年发现。胡克使用非常原始的显微镜观察了一片薄薄的软木片，惊讶地发现这片软木看起来像蜂巢。他将这些微小的单位称为“细胞”。

1839年，马蒂亚斯·雅各布·施莱登（Matthias Jakob Schleiden）和提奥多尔·施旺（Theodor Schwann）首次描述了细胞理论。细胞理论描述了所有生物体都由细胞组成。细胞作为功能单元，自身从其他细胞中产生，使它们成为繁殖的基本单位。

自细胞理论的早期定义以来，研究人员发现细胞内存在着能量流动，遗传信息以DNA的形式从一细胞传递到另一细胞，而且所有细胞几乎具有相同的化学组成。存在两种一般类型的细胞，真核细胞和原核细胞。真核细胞包含有核，核膜包裹着染色体；而原核细胞只有一个核区域，没有核。细胞核承载着细胞的基因组脱氧核糖核酸（DNA），也是真核细胞名称的由来：核（Nucleus）在拉丁语中表示核心或种子。真核生物是由单个细胞（单细胞）或多个细胞（多细胞）组成的生物体，而原核生物是单细胞生物。真核细胞与原核细胞的区别在于它们高度分室化，即包含有膜的细胞器执行高度专门化的功能，并为细胞提供关键支持。

与原核细胞相比，真核细胞平均体积大约是它的10,000倍，并具有丰富的细胞器混合物和由微管、微丝和中间丝组成的细胞骨架。DNA复制机制读取核中存储的DNA中的遗传信息，以复制自身并维持生命周期。真核DNA被分成几个线性束，称为染色体，在细胞核分裂期间由微管纺锤体分离。理解隐藏在DNA中的遗传信息对于理解许多进化和与疾病相关的过程至关重要。测序是解码DNA核苷酸顺序的过程，主要用于揭示特定DNA片段、完整基因组甚至复杂的微生物组携带的遗传信息。DNA测序使研究人员能够确定DNA分子和基因组中的基因和调控元件的位置和功能，并揭示开放阅读框（ORFs）或CpG岛等遗传特征，这些特征指示启动子区域。进化分析是另一个非常常见的应用领域，其中比较不同生物体的同源DNA序列。DNA测序还可以用于研究突变与疾病之间的关联，有时甚至用于疾病抵抗性等，被认为是最有用的应用之一。

一个非常常见的例子是镰刀红细胞病，一组血液疾病，由红细胞中氧载体蛋白质血红蛋白的异常引起。这导致严重的健康问题，包括疼痛、贫血、手脚肿胀、细菌感染和中风。镰刀红细胞病的原因是从每个父母那里继承两个异常的β-球蛋白基因（HBB），这些基因编码血红蛋白。基因缺陷是由单核苷酸突变引起的，其中GAG密码子变为GTG密码子的β-球蛋白基因。这导致氨基酸谷氨酸在位置6被缬氨酸取代（E6V置换），从而导致了上述疾病。不幸的是，并不总是可能找到单核苷酸突变与疾病之间的这种“简单”关联，因为大多数疾病由复杂的调控过程引起。

尽管DNA已经在1869年由弗里德里希·米切尔首次分离出来，但科学界花了100多年才发展出高通量测序技术。 1953年，沃森、克里克和富兰克林发现了DNA的结构；1965年，罗伯特·霍利首次测序了一种tRNA。 七年后的1972年，瓦尔特·菲尔斯首次测序了一段完整的基因（噬菌体MS2的外壳蛋白），他使用RNAses消化病毒RNA，分离寡核苷酸，最后通过电泳和色谱法将它们分离开来。 与此同时，弗里德里希·桑格发展了一种使用放射性标记的部分消化片段的DNA测序方法，被称为“链终止法”，更常被称为“桑格测序”。尽管桑格测序仍然被广泛使用至今，但它存在一些缺点，包括缺乏自动化和耗时。 1987年，勒罗伊·胡德和迈克尔·哈卡皮勒开发了ABI 370仪器，这是一种自动化桑格测序过程的仪器。它最重要的创新成就是将DNA片段的标记自动化为荧光染料，而不是放射性分子。这种改变不仅使方法的执行更安全，而且允许计算机分析获得的数据。

优势：