受精后12小时以内，来自高度特化的卵细胞和精子的雌雄原核就经历了大规模的基因组去甲基化。在此过程中，父母源基因组的染色体状态迅速打开，在受精卵的原核期就已经达到高度开放的状态，随后在受精卵晚期染色质开放程度大幅度回落，并在2-细胞阶段之后开放程度再次逐步增加，到囊胚期时达到最高点首次在单细胞分辨率系统分析了小鼠着床前胚胎发育过程中染色质状态的异质性。该研究发现在受精后12个小时以内受精卵中大部分基因的启动子区域就由均匀关闭状态迅速重编程为均匀开放状态，为合子基因在随后的转录做好准备。首次在单细胞分辨率证明持续转录对于维持早期胚胎中大部分基因的启动子处于开放状态是必需的，染色质状态开放和转录活动互相促进，共同维持合子基因的稳定表达。
单细胞全基因组测序主要应用于肿瘤发生机制及胚胎发育研究。单细胞转录组分析可以在全基因组范围内挖掘基因调节网络，尤其适用于存在高度异质性的干细胞及胚胎发育早期的细胞群体。2017年6月16日，北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心汤富酬课题组在《Cell Research》杂志在线发表了研究论文。在国际上率先发展了对一个单细胞同时进行染色质状态、DNA甲基化、基因组拷贝数变异、以及染色体倍性的全基因组测序技术，并采用这一技术在单细胞分辨率上系统、深入地解析了小鼠着床前胚胎发育过程中表观基因组重编程的关键特征，以及染色质状态与DNA甲基化之间的互动关系。现有的基于高通量测序来分析全基因组染色质状态的研究方法通常需要大量细胞（例如ATAC-seq、DNase-seq、FAIRE-seq、MNase-seq等）。即使这些方法可以做到单细胞分辨率，也无法在单细胞分辨率上对多种组学之间的互动关系进行研究。而汤富酬课题组将（全基因组核小体定位及DNA甲基化组测序）技术和PBAT-seq技术（全基因组重亚硫酸盐测序）巧妙地结合起来，并进行了系统的优化和提高，实现了对同一个单细胞进行多达5个层面的基因组和表观基因组特征的分析。该课题组利用这一新建立的scCOOL-seq方法，在单细胞分辨率系统地描绘了小鼠着床前胚胎发育过程中表观基因组多个层面的动态变化。
研究发现多能性核心因子Oct4的靶基因结合位点在4-细胞阶段就处于开放状态，远早于真正建立多能性的囊胚期，暗示这些位点作为潜在的顺式调控元件可能参与了早期胚胎细胞的命运决定过程。首次在单个细胞内对父母源基因组的染色质状态以及DNA甲基化进行了深入分析。研究发现，受精后染色质状态和DNA甲基化进行了不同步的重编程过程，父母源基因组的染色质状态快速重编程、在每个单细胞中迅速达到精确平衡并一直维持。而DNA甲基化的重编程要慢一些并在父母源基因组之间维持不对称分布。首次在单细胞分辨率解析了雌性胚胎细胞中父母源X染色体的DNA甲基化和染色质状态重编程过程的异同。
