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

基于NGS的表觀遺傳學研究方法主要包括：全基因組亞硫酸氫鹽測序法（Whole genome bisulfite sequencing，WGBS），簡化的表觀/代表性亞硫酸氫鹽測序法（Reduced representation bisulfite sequencing，RRBS），甲基化DNA免疫共沉淀測序（Methylated DNA immunoprecipitation sequencing，MeDIP-Seq），染色質免疫共沉淀測序（Chromatin immunoprecipitation-chip和Chromatin immunoprecipitation-sequencing，ChIP-seq），Tet輔助重亞硫酸鹽測序（Tet-assisted bisulfite sequencing，TAB-seq），染色體構象捕獲測序（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（使用高通量測序對Tn5轉座酶易接近性核染色質區(qū)域進行測序分析），由美國加利福尼亞州斯坦福大學研究人員于2013年提出，是一種表觀遺傳學研究技術，通過轉座酶對某種特定時空下開放的核染色質區(qū)域進行切割，獲得在該時空下基因組中所有活躍轉錄的調控序列。通過ATAC-seq研究可以得到全基因組上處于開放狀態(tài)的染色質區(qū)域，進一步定位核小體及相關調控元件。

圖1ATAC-seq流程示意圖^[1]

ATAC-seq主要實驗方法

 

動物：制備組織細胞懸液——裂解液裂解細胞獲得細胞核——Tn5轉座酶酶切并純化——回收片段建庫測序

圖2人血細胞ATAC-seq研究^[1]

植物：針對植物，Tn5轉座酶同時可以錨定核外遺傳物質，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調控區(qū)域的信息量，因此主要利用如下兩種方法進行ATAC-seq研究：

(一)蔗糖沉淀法（Sucrose Sedimentation）：蔗糖沉淀細胞核—Tn5轉座酶酶切—回收片段建庫測序。

(二)INTACT法（Isolationof Nuclei TAgged in specific Cell Types）：植物轉基因組載體構建——細胞核生物素連接酶標記——細胞核磁珠純化——Tn5轉座酶酶切—回收片段建庫測序。

圖3植物擬南芥細胞核純化方法^[2]

ATAC-seq主要分析流程

 

圖4 ATAC-seq分析流程^[1]

上述為大家簡單介紹了ATAC-seq相關研究方法，有關ATAC-seq在表觀遺傳學中的具體分析內容及應用，小邁將在下節(jié)基于NGS的表觀遺傳學研究方法—ATAC-seq（下）為大家詳細進行介紹。

參考文獻：

【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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