Abstract Single cell copy number variation sequencing (scCNV-seq) is valuable for genomic analysis of a variety of health and disease systems, yet the available methods either depend on either preamplification of the whole genome of each cell, special devices or untracable, which hinder scCNV-seq practice in clinics. Here we provide scalable multiplex scCNV-seq (msCNVS) that allows direct medium-throughput library construction for single cells, which are barcoded individually with Tn5 transposome in a microplate and immediately pooled for downstream processes, elevating the efficiency by orders of magnitude. An algorithm is developed on the distribution of segmented normalized read count density to identify the major peaks associating with integer copy numbers, further improving the accuracy for objective CNV calling. Here msCNVS faithfully distinguishes the unique CNV patterns of 5 cell lines. The individual msCNVS profiles of 70 individual K562 cells highly correlate with the profile of K562 bulk cells (R=0.90-0.98), and the triplicates of HeLa3 bulk cells correlated nearly perfect (R=0.99). The msCNVS CNV profiles of primary cell cultures of amniotic fluid are confirmed by G-banding karyotype analysis and chromosomal microarray analysis. Additionally, the coverage uniformity of msCNVS is superior to that of MDA and MALBAC and approaches what eMDA and DOP-PCR achieves. Furthermore, msCNVS detects CNV deletions in 2 stunted, abnormal blastocysts, one with CNV mosaicism, and uncovered variants of CNVs in circulated tumor cells, cancerous pleural effusion cells, and patient-derived xenograft nuclei. Thus, msCNVS promises a robust, reliable and highly efficient approach to genomic testing of precious and rare cells like those typically obtained in reproductive and cancer clinics. One-Sentence Summary By early pooling of multiple single cells individually barcoded with Tn5 transposome, msCNVS enables efficient CNV profiling of rare clinic samples

ABSTRACT DNA methylation is essential for a wide variety of biological processes, yet the development of a highly efficient and robust technology remains a challenge for routine single-cell analysis. We developed a multiplex scalable single-cell reduced representation bisulfite sequencing (msRRBS) technology with off-the-shelf reagents and equipment. It allows cell-specific barcoded DNA fragments of individual cells to be pooled before bisulfite conversion, free of enzymatic modification or physical capture of the DNA ends, and achieves unparalleled read mapping rates of 62.51%, covering 59.95% of CpG islands and 71.62% of promoters in K562 cells on average. Its reproducibility is shown in duplicates of bulk cells with near perfect correlation (R=0.97-99). At a low 1 Mb of clean reads, msRRBS provides consistent coverage of CpG islands and promoters, outperforming the conventional methods with orders of magnitude reduction in cost. Here, we use this method to characterize the distinct methylation patterns and cellular heterogeneity of 6 cell lines, and leukemia and hepatocellular carcinoma models. Taking 4 hours of hands-on time, msRRBS offers a unique, highly efficient approach for dissecting methylation heterogeneity in a variety of multicellular systems.