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  • 基于NGS的表观遗传学研究方法—ATAC-seq(上)

    表观遗传学主要指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化,如DNA甲基化和染色质构象变化等,是研究在基因核苷酸序列不发生改变的情况下,基因表达的可遗传的变化的一门遗传学分支学科,随着第二代测序技术(NGS)的兴起,衍生出多种表观遗传研究方法。

    基于NGS的表观遗传学研究方法主要包括:全基因组亚硫酸氢盐测序法(Whole genome bisulfite sequencing,WGBS),简化的表观/代表性亚硫酸氢盐测序法(Reduced representation bisulfite sequencing,RRBS),甲基化DNA免疫共沉淀测序(Methylated DNA immunoprecipitation sequencing,MeDIP-Seq),染色质免疫共沉淀测序(Chromatin immunoprecipitation-chip和Chromatin immunoprecipitation-sequencing,ChIP-seq),Tet辅助重亚硫酸盐测序(Tet-assisted bisulfite sequencing,TAB-seq),染色体构象捕获测序(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。

    从本节开始,会陆续为大家介绍基于NGS(Next Generation Sequencing)的研究策略,本章节优先为大家介绍ATAC-seq研究。

    ATAC-seq概念

    ATAC-seq:Assayfor Transposase-Accessible Chromatin with high throughput sequencing(使用高通量测序对Tn5转座酶易接近性核染色质区域进行测序分析),由美国加利福尼亚州斯坦福大学研究人员于2013年提出,是一种表观遗传学研究技术,通过转座酶对某种特定时空下开放的核染色质区域进行切割,获得在该时空下基因组中所有活跃转录的调控序列。通过ATAC-seq研究可以得到全基因组上处于开放状态的染色质区域,进一步定位核小体及相关调控元件。

    图1ATAC-seq流程示意图[1]

    ATAC-seq主要实验方法

    动物:制备组织细胞悬液——裂解液裂解细胞获得细胞核——Tn5转座酶酶切并纯化——回收片段建库测序

    图2人血细胞ATAC-seq研究[1]

    植物:针对植物,Tn5转座酶同时可以锚定核外遗传物质,如叶绿体的基因组,降低了映射到核基因组的reads比例,减少了可用于鉴定开放染色质调控区域的信息量,因此主要利用如下两种方法进行ATAC-seq研究:

    (一)蔗糖沉淀法(Sucrose Sedimentation):蔗糖沉淀细胞核—Tn5转座酶酶切—回收片段建库测序。

    (二)INTACT法(Isolationof Nuclei TAgged in specific Cell Types):植物转基因组载体构建——细胞核生物素连接酶标记——细胞核磁珠纯化——Tn5转座酶酶切—回收片段建库测序。

    图3 植物拟南芥细胞核纯化方法[2]

    ATAC-seq主要分析流程

    图4ATAC-seq分析流程[1]

    上述为大家简单介绍了ATAC-seq相关研究方法,有关ATAC-seq在表观遗传学中的具体分析内容及应用,小迈将在下节基于NGS的表观遗传学研究方法—ATAC-seq(下)为大家详细进行介绍。

    参考文献

    【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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