表觀遺傳學(xué)主要指基于非基因序列改變所致基因表達(dá)水平變化，如DNA甲基化和染色質(zhì)構(gòu)象變化等，是研究在基因核苷酸序列不發(fā)生改變的情況下，基因表達(dá)的可遺傳的變化的一門(mén)遺傳學(xué)分支學(xué)科，隨著第二代測(cè)序技術(shù)（NGS）的興起，衍生出多種表觀遺傳研究方法。

基于NGS的表觀遺傳學(xué)研究方法主要包括：全基因組亞硫酸氫鹽測(cè)序法（Whole genome bisulfite sequencing，WGBS），簡(jiǎn)化的表觀/代表性亞硫酸氫鹽測(cè)序法（Reduced representation bisulfite sequencing，RRBS），甲基化DNA免疫共沉淀測(cè)序（Methylated DNA immunoprecipitation sequencing，MeDIP-Seq），染色質(zhì)免疫共沉淀測(cè)序（Chromatin immunoprecipitation-chip和Chromatin immunoprecipitation-sequencing，ChIP-seq），Tet輔助重亞硫酸鹽測(cè)序（Tet-assisted bisulfite sequencing，TAB-seq），染色體構(gòu)象捕獲測(cè)序（3C-seq，4C-seq，5C-seq，Hi-C和ChIA-PET），DNase-seq/FAIRE-seq（DNaseI hypersensitive sites sequencing/Formaldehyde-assisted isolation of regulatory elements sequencing），ATAC-seq（Assayfor Transposase-Accessible Chromatin with high throughput sequencing）及RNA-seq。本篇文章將為大家介紹ATAC-seq研究。

 

ATAC-seq概念

 

ATAC-seq：Assayfor Transposase-Accessible Chromatin with high throughput sequencing（使用高通量測(cè)序?qū)n5轉(zhuǎn)座酶易接近性核染色質(zhì)區(qū)域進(jìn)行測(cè)序分析），由美國(guó)加利福尼亞州斯坦福大學(xué)研究人員于2013年提出，是一種表觀遺傳學(xué)研究技術(shù)，通過(guò)轉(zhuǎn)座酶對(duì)某種特定時(shí)空下開(kāi)放的核染色質(zhì)區(qū)域進(jìn)行切割，獲得在該時(shí)空下基因組中所有活躍轉(zhuǎn)錄的調(diào)控序列。通過(guò)ATAC-seq研究可以得到全基因組上處于開(kāi)放狀態(tài)的染色質(zhì)區(qū)域，進(jìn)一步定位核小體及相關(guān)調(diào)控元件。

圖1ATAC-seq流程示意圖^[1]

ATAC-seq主要實(shí)驗(yàn)方法

 

動(dòng)物：制備組織細(xì)胞懸液——裂解液裂解細(xì)胞獲得細(xì)胞核——Tn5轉(zhuǎn)座酶酶切并純化——回收片段建庫(kù)測(cè)序

圖2人血細(xì)胞ATAC-seq研究^[1]

植物：針對(duì)植物，Tn5轉(zhuǎn)座酶同時(shí)可以錨定核外遺傳物質(zhì)，如葉綠體的基因組，降低了映射到核基因組的reads比例，減少了可用于鑒定開(kāi)放染色質(zhì)調(diào)控區(qū)域的信息量，因此主要利用如下兩種方法進(jìn)行ATAC-seq研究：

(一)蔗糖沉淀法（Sucrose Sedimentation）：蔗糖沉淀細(xì)胞核—Tn5轉(zhuǎn)座酶酶切—回收片段建庫(kù)測(cè)序。

(二)INTACT法（Isolationof Nuclei TAgged in specific Cell Types）：植物轉(zhuǎn)基因組載體構(gòu)建——細(xì)胞核生物素連接酶標(biāo)記——細(xì)胞核磁珠純化——Tn5轉(zhuǎn)座酶酶切—回收片段建庫(kù)測(cè)序。

圖3植物擬南芥細(xì)胞核純化方法^[2]

ATAC-seq主要分析流程

 

圖4 ATAC-seq分析流程^[1]

上述為大家簡(jiǎn)單介紹了ATAC-seq相關(guān)研究方法，有關(guān)ATAC-seq在表觀遺傳學(xué)中的具體分析內(nèi)容及應(yīng)用，小邁將在下節(jié)基于NGS的表觀遺傳學(xué)研究方法—ATAC-seq（下）為大家詳細(xì)進(jìn)行介紹。

參考文獻(xiàn)：

【1】Buenrostro,J,D, et al. Transposition of native chromatin for fast and sensitive epigenomicprofiling of open chromatin, DNA-binding proteins and nucleosome position.Nature methods，2013.

【2】Bajic,M, et al. Identification of Open Chromatin Regions in Plant Genomes UsingATAC-Seq. Methods Mol Biol，2018.

 

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