分化细胞重编程为诱导多能干细胞（iPSCs）通常通过外源诱导作用于细胞核的因子来实现。而与此相反的是，在细胞发育过程中，细胞膜上信号通路打开诱导细胞分化的进行。此项研究的主要目的是想鉴定能够作用于细胞表面以刺激细胞去分化以及核内重编程的抗体。通过筛选慢病毒库，编码了其中分泌的约1亿个膜结合单链抗体，鉴定了在小鼠成纤维细胞重编程为ipsc细胞过程中可以替代Sox2和Myc（c-Myc）或Oct4的抗体。我们在研究中发现一个可替代Sox2的抗体因子，其可与胞膜蛋白Basp1发生拮抗作用，从而消除独立Sox2外的核因子WT1，Esrrb和Lin28a（Lin28）。通过使用这种方式途径，我们验证了三种制作ipsc细胞的方法。与此同时，鉴于我们的研究成果，建立了一种基于细胞自分泌组合抗体库的无偏选择方法；另外，作为一种发现新生物产品的鲁棒方法，能够发现调节多能性和细胞命运的膜 - 细胞核信号通路。

在细胞发育过程中，基因转录操控着细胞的谱系定向和细胞分化。通过对单细胞RNA序列的研究，可以对细胞命运有一个很好的认识。但是，就数据结构来讲，这种研究方法又受到当前分析假设方法的限制。为此，我们提出了一种基于拓扑计算的数据分析方法——单细胞拓扑数据分析法（scTDA），通过这种方法，我们对短暂无偏差的转录调控进行研究。与其他数据分析方法不同的是，scTDA法是一种非线性的，基于独立模型的聚类数据网络结构，可以生动描绘瞬时细胞状态。为研究运动神经细胞分化诱导因子，我们利用scTDA法研究了小鼠体外干细胞分化过程。而且基于转录因子，RNA结合蛋白和长非编码RNA（lncRNAs）的阶段性组合的变化，scTDA法分为随时间变化的细胞个体的不同步和连续性，并以此来鉴定了四种瞬时状态（全能性细胞，前体细胞，祖细胞和完全分化的细胞）。利用scTDA数据分析方法，可以研究异步细胞对发育信号和环境扰动因子的反应。

在大细胞群的单细胞分离过程中，由于技术上存在着极大的挑战，单细胞基因组测序技术的应用也因此受到一定的阻碍。本文提出的单细胞基因测序法，利用液滴微流控技术将大细胞群中的单细胞进行分离、独立，并进行编码后，使用Illumina基因测序。在超高通量基因测序过程中，以革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的共生群落为实验对象，单组测序可一次通过超过50000个单细胞。同时，测序完成的基因组将基于特征序列在硅胶片中进行识别分类。基于这种超高通量单细胞基因测序法，我们分析了环境微生物样品基因中的抗生素抗性基因、毒力因子以及噬菌体序列的分布情况。而且，此技术对于常规的大细胞群的单细胞基因测序能力，可以对不同类型的大细胞群体的遗传异质性进行去卷积化处理。