Abstract Long-range sequencing information is required for haplotype phasing, de novo assembly and structural variation detection. Current long-read sequencing technologies can provide valuable long-range information but at a high cost with low accuracy and high DNA input requirement. We have developed a single-tube Transposase Enzyme Linked Long-read Sequencing (TELL-Seq ™ ) technology, which enables a low-cost, high-accuracy and high-throughput short-read next generation sequencer to routinely generate over 100 Kb long-range sequencing information with as little as 0.1 ng input material. In a PCR tube, millions of clonally barcoded beads are used to uniquely barcode long DNA molecules in an open bulk reaction without dilution and compartmentation. The barcode linked reads are used to successfully assemble genomes ranging from microbes to human. These linked-reads also generate mega-base-long phased blocks and provide a cost-effective tool for detecting structural variants in a genome, which are important to identify compound heterozygosity in recessive Mendelian diseases and discover genetic drivers and diagnostic biomarkers in cancers.

ABSTRACT Recent advances in barcoding technologies have significantly enhanced the scalability of single-cell genomic experiments. However, large-scale experiments are still rare due to high costs, complex logistics, and laborintensive procedures. To facilitate the routine application of the largest scalability, it is critical to simplify the production and use of barcoding reagents. Here, we introduce AmpliDrop, a technology that initiates the barcoding process using a pool of inexpensive single-copy barcodes and integrates barcode multiplicity generation with tagging of cellular content into a single reaction driven by DNA polymerase during library preparation. The barcoding reactions are compartmentalized using an electronic pipette or a robotic or standalone liquid handling system. These innovations eliminate the need for barcoded beads and complex combinatorial indexing workflows and provide flexibility for a wide range of scales and tube formats, as well as compatibility with automation. We show that AmpliDrop is capable of capturing transcriptomes and chromatin accessibility, and it can also be adapted for user-customized applications, including antibody-based protein detection, bacterial or viral DNA detection, and CRISPR perturbations without dual guide RNA-expression vectors. We validated AmpliDrop by investigating the influence of short-term static culturing on cell composition in human forebrain organoids, revealing metabolic reprogramming in lineage progenitors.