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。
從本節(jié)開始,會(huì)陸續(xù)為大家介紹基于NGS(Next Generation Sequencing)的研究策略,本章節(jié)優(yōu)先為大家介紹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),通過轉(zhuǎn)座酶對(duì)某種特定時(shí)空下開放的核染色質(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ATAC-seq研究可以得到全基因組上處于開放狀態(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]
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—回收片段建庫測(cè)序。
圖3 植物擬南芥細(xì)胞核純化方法[2]
圖4ATAC-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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