基于NGS的表觀遺傳學研究方法—ATAC-seq(上)

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的染色質區域,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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