染色質(zhì)開(kāi)放性測序技術(shù)(ATAC-seq)
— —全基因組染色質(zhì)可及性檢測
真核生物的DNA并不是裸露的,而是被包裝成核小體形成串珠狀結構并進(jìn)一步被折疊、包裝。當基因轉錄時(shí)候需要將這種高級結構解開(kāi),使部分DNA被各種轉錄因子結合的裸露狀態(tài),即形成開(kāi)放染色質(zhì)區域。ATAC-seq(Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high-throughput Sequencing)是表觀(guān)遺傳中研究開(kāi)放性染色質(zhì)的創(chuàng )新型技術(shù),在全基因組水平上通過(guò)高度活躍的Tn5轉座酶作為探針,切割DNA序列來(lái)定位染色質(zhì)可及性的方法。相比于傳統方法如FAIRE-seq、DNase-seq、MNase-seq和ATAC-seq,基于Tn5酶的ATAC-seq技術(shù)憑借其所需核輸入量低、文庫制備簡(jiǎn)便、信噪比高等特點(diǎn),自2013年問(wèn)世便迅速成為了研究開(kāi)放調控區域的主流方法,在人、大小鼠、多種動(dòng)植物,以及菌和原生動(dòng)物中有著(zhù)廣泛應用。
技術(shù)優(yōu)勢
全基因組范圍
可獲得染色體在某個(gè)特定的時(shí)空條件下所有開(kāi)放染色質(zhì)區域,并不只局限于某個(gè)轉錄因子的結合位點(diǎn),或者某個(gè)特定的組蛋白修飾區域
制樣時(shí)間短
通過(guò)2-3小時(shí)酶促反應實(shí)現DNA片段化,避免了傳統DNA片段化的繁瑣實(shí)驗
樣本量少
5萬(wàn)個(gè)狀態(tài)良好的細胞即可進(jìn)行建庫,比同類(lèi)技術(shù)節省大約3~5個(gè)數量級的細胞
準確性高
新Illumina 平臺雙端測序,定位更加準確,實(shí)驗重復性好
重點(diǎn)技術(shù)質(zhì)控,用心服務(wù)每一個(gè)項目
艾斯團隊專(zhuān)注表觀(guān)組學(xué)12年,提供表觀(guān)多組學(xué)完整解決方案;
每年服務(wù)100+海外和國內企業(yè)及200+高校和醫院等客戶(hù);
已經(jīng)完成人、動(dòng)植物等幾十個(gè)物種, 5000+例樣本項目經(jīng)驗;
自動(dòng)化樣本處理、建庫及分析流程,保障高效周期,40天極速交付;
團隊已經(jīng)發(fā)表Genome Biol、Nat Commun、Cell Res等高水平SCI文章;
專(zhuān)業(yè)的生物信息分析團隊, 提供更多個(gè)性化分析思路和方案
樣本類(lèi)型和送樣要求
樣本類(lèi)型 | 送樣建議 |
新鮮動(dòng)物組織 | >50 mg |
新鮮植物組織 | >300 mg |
細胞樣本 | >1×105個(gè) |
備注:詳細送樣要求參考 ATAC-seq送樣要求2024
數據信息分析
ATAC-seq | 分析內容 | 備注 |
標準分析 | 1、測序數據質(zhì)量評估 | 過(guò)濾掉低質(zhì)量數據,保證數據質(zhì)量 |
2、與參考基因組比對 | 比對率和覆蓋度分析 | |
3、基因組 Peak 分析 | 全基因組范圍掃描染色質(zhì)開(kāi)放區域Peak特征 | |
4、Peak關(guān)聯(lián)基因的功能分析 | Peak所關(guān)聯(lián)基因的GO和KEGG功能富集 | |
5、組間差異Peak分析 | 尋找差異Peak及注釋 | |
6、組間差異Peak功能分析 | 差異Peak的GO,KEGG功能富集分析 | |
關(guān)聯(lián)分析 | 7、甲基化組學(xué)關(guān)聯(lián)分析 | 不同甲基化水平基因、DMR的Peak信號分布等 |
8、轉錄組關(guān)聯(lián)分析 | 不同表達水平基因、DEG的Peak信號分布等 | |
9、其它定制化分析 | 結合課題背景亮點(diǎn)挖掘 |
案例分析1:染色體可及性測序揭示編碼皮膚炎癥小體成分的AIM2的直接靶點(diǎn)
Assay for Transposase-Accessible Chromatin Using Sequencing Analysis Reveals a Widespread Increase in Chromatin Accessibility in Psoriasis. J Invest Dermatol. 2021 Jul;141(7):1745-1753.
研究背景:銀屑病是一種復雜的慢性炎癥性皮膚病,其特征是角質(zhì)形成細胞(KCs)過(guò)度增殖和免疫反應紊亂;然而,其確切病因尚不清楚。為了更好地理解銀屑病背后的調控網(wǎng)絡(luò ),本研究通過(guò)對銀屑?。≒P)、非銀屑?。≒N)和正常皮膚(NN)組織樣本進(jìn)行ATAC-seq分析比較探索染色質(zhì)可及性變化,并將染色質(zhì)開(kāi)放性數據與甲基化和mRNA-seq數據集進(jìn)行了整合。
研究技術(shù):ATAC-seq、甲基化450K芯片、RNA-seq
研究結果:1.通過(guò)ATAC-seq分析了銀屑病和健康皮膚染色質(zhì)可及性的全基因組模式,分別發(fā)現22839(PP vs PN)和50845(PP vs NN)個(gè)差異peak。此外PP組中染色質(zhì)開(kāi)放程度更高的peak往往位于正常人表皮早期復制的染色質(zhì)結構域,而那些可及性適度降低的peak往往位于晚期復制結構域。2.聯(lián)合甲基化分析確定,與PN或NN樣本相比,PP樣本中有1676個(gè)與銀屑病有關(guān)的CpG的甲基化(DNAm)發(fā)生變化,并且特異性富集AP-1 DNA結合轉錄因子。
圖1 差異Peak峰值顯示
圖2 90個(gè)CpG的甲基化水平,發(fā)現與其他兩組相比,PP組中95.56%(86/90)的CpG是低甲基化的,包括所有啟動(dòng)子定位的CpG
圖3 炎癥基因AIM2啟動(dòng)子相關(guān)峰的強度與g07195224的甲基化水平強烈負相關(guān);但與AIM2 mRNA表達呈正相關(guān);cg07195224的甲基化水平和mRNA表達彼此呈強負相關(guān)
案例分析2:大豆馴化和改良過(guò)程中的DNA甲基化足跡
DNA methylation footprints during soybean domestication and improvement. Genome Biol. 2018; 10;19(1):128.
研究背景:植物的基因功能研究和遺傳改良都離不開(kāi)遺傳轉化。大部分的作物例如小麥、水稻、玉米等都需要長(cháng)時(shí)間的組織培養才能獲得遺傳轉化植株,效率較低。以小麥為例,為了更好地理解小麥的再生過(guò)程,探究其中的轉錄和染色質(zhì)動(dòng)態(tài)變化,以及鑒定提高小麥轉化效率的新基因,研究人員利用RNA-seq、ATAC-seq、CUT&Tag等技術(shù)手段,通過(guò)多組學(xué)聯(lián)合分析的方式繪制了小麥再生過(guò)程的轉錄及染色質(zhì)動(dòng)態(tài)圖譜,并搭建了一個(gè)順序的轉錄調控網(wǎng)絡(luò ),再通過(guò)與擬南芥再生過(guò)程的比較分析鑒定出2個(gè)能提高小麥遺傳轉化效率的新因子
研究技術(shù):ATAC-seq、CUT&Tag、RNA-seq
研究結果:研究發(fā)現小麥再生過(guò)程中存在著(zhù)順序的基因表達,并且這種順序的基因表達與染色質(zhì)可及性高度相關(guān)。此外,H3K27me3的減少和H3K4me3的增加對于某些再生的關(guān)鍵基因在愈傷組織誘導后期的激活息息相關(guān)。利用RNA-seq和ATAC-seq數據搭建了一個(gè)轉錄調控網(wǎng)絡(luò ),從中鑒定到446個(gè)轉錄因子,并推測它們可能參與介導小麥遺傳轉化效率的品種差異。通過(guò)與擬南芥再生過(guò)程的比較分析,研究人員發(fā)現在愈傷組織早期被激活的轉錄因子家族存在差異。在小麥中測試了2個(gè)DOF家族的轉錄因子,結果顯示它們都能顯著(zhù)提高小麥多個(gè)品種的愈傷組織誘導率和遺傳轉化效率,可以在小麥遺傳轉化過(guò)程中應用。
圖1 小麥再生過(guò)程的轉錄和表觀(guān)調控模型
染色質(zhì)開(kāi)放性測序技術(shù)(ATAC-seq)
— —全基因組染色質(zhì)可及性檢測
真核生物的DNA并不是裸露的,而是被包裝成核小體形成串珠狀結構并進(jìn)一步被折疊、包裝。當基因轉錄時(shí)候需要將這種高級結構解開(kāi),使部分DNA被各種轉錄因子結合的裸露狀態(tài),即形成開(kāi)放染色質(zhì)區域。ATAC-seq(Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high-throughput Sequencing)是表觀(guān)遺傳中研究開(kāi)放性染色質(zhì)的創(chuàng )新型技術(shù),在全基因組水平上通過(guò)高度活躍的Tn5轉座酶作為探針,切割DNA序列來(lái)定位染色質(zhì)可及性的方法。相比于傳統方法如FAIRE-seq、DNase-seq、MNase-seq和ATAC-seq,基于Tn5酶的ATAC-seq技術(shù)憑借其所需核輸入量低、文庫制備簡(jiǎn)便、信噪比高等特點(diǎn),自2013年問(wèn)世便迅速成為了研究開(kāi)放調控區域的主流方法,在人、大小鼠、多種動(dòng)植物,以及菌和原生動(dòng)物中有著(zhù)廣泛應用。
技術(shù)優(yōu)勢
全基因組范圍
可獲得染色體在某個(gè)特定的時(shí)空條件下所有開(kāi)放染色質(zhì)區域,并不只局限于某個(gè)轉錄因子的結合位點(diǎn),或者某個(gè)特定的組蛋白修飾區域
制樣時(shí)間短
通過(guò)2-3小時(shí)酶促反應實(shí)現DNA片段化,避免了傳統DNA片段化的繁瑣實(shí)驗
樣本量少
5萬(wàn)個(gè)狀態(tài)良好的細胞即可進(jìn)行建庫,比同類(lèi)技術(shù)節省大約3~5個(gè)數量級的細胞
準確性高
新Illumina 平臺雙端測序,定位更加準確,實(shí)驗重復性好
重點(diǎn)技術(shù)質(zhì)控,用心服務(wù)每一個(gè)項目
艾斯團隊專(zhuān)注表觀(guān)組學(xué)12年,提供表觀(guān)多組學(xué)完整解決方案;
每年服務(wù)100+海外和國內企業(yè)及200+高校和醫院等客戶(hù);
已經(jīng)完成人、動(dòng)植物等幾十個(gè)物種, 5000+例樣本項目經(jīng)驗;
自動(dòng)化樣本處理、建庫及分析流程,保障高效周期,40天極速交付;
團隊已經(jīng)發(fā)表Genome Biol、Nat Commun、Cell Res等高水平SCI文章;
專(zhuān)業(yè)的生物信息分析團隊, 提供更多個(gè)性化分析思路和方案
樣本類(lèi)型和送樣要求
樣本類(lèi)型 | 送樣建議 |
新鮮動(dòng)物組織 | >50 mg |
新鮮植物組織 | >300 mg |
細胞樣本 | >1×105個(gè) |
備注:詳細送樣要求參考 ATAC-seq送樣要求2024
數據信息分析
ATAC-seq | 分析內容 | 備注 |
標準分析 | 1、測序數據質(zhì)量評估 | 過(guò)濾掉低質(zhì)量數據,保證數據質(zhì)量 |
2、與參考基因組比對 | 比對率和覆蓋度分析 | |
3、基因組 Peak 分析 | 全基因組范圍掃描染色質(zhì)開(kāi)放區域Peak特征 | |
4、Peak關(guān)聯(lián)基因的功能分析 | Peak所關(guān)聯(lián)基因的GO和KEGG功能富集 | |
5、組間差異Peak分析 | 尋找差異Peak及注釋 | |
6、組間差異Peak功能分析 | 差異Peak的GO,KEGG功能富集分析 | |
關(guān)聯(lián)分析 | 7、甲基化組學(xué)關(guān)聯(lián)分析 | 不同甲基化水平基因、DMR的Peak信號分布等 |
8、轉錄組關(guān)聯(lián)分析 | 不同表達水平基因、DEG的Peak信號分布等 | |
9、其它定制化分析 | 結合課題背景亮點(diǎn)挖掘 |
案例分析1:染色體可及性測序揭示編碼皮膚炎癥小體成分的AIM2的直接靶點(diǎn)
Assay for Transposase-Accessible Chromatin Using Sequencing Analysis Reveals a Widespread Increase in Chromatin Accessibility in Psoriasis. J Invest Dermatol. 2021 Jul;141(7):1745-1753.
研究背景:銀屑病是一種復雜的慢性炎癥性皮膚病,其特征是角質(zhì)形成細胞(KCs)過(guò)度增殖和免疫反應紊亂;然而,其確切病因尚不清楚。為了更好地理解銀屑病背后的調控網(wǎng)絡(luò ),本研究通過(guò)對銀屑?。≒P)、非銀屑?。≒N)和正常皮膚(NN)組織樣本進(jìn)行ATAC-seq分析比較探索染色質(zhì)可及性變化,并將染色質(zhì)開(kāi)放性數據與甲基化和mRNA-seq數據集進(jìn)行了整合。
研究技術(shù):ATAC-seq、甲基化450K芯片、RNA-seq
研究結果:1.通過(guò)ATAC-seq分析了銀屑病和健康皮膚染色質(zhì)可及性的全基因組模式,分別發(fā)現22839(PP vs PN)和50845(PP vs NN)個(gè)差異peak。此外PP組中染色質(zhì)開(kāi)放程度更高的peak往往位于正常人表皮早期復制的染色質(zhì)結構域,而那些可及性適度降低的peak往往位于晚期復制結構域。2.聯(lián)合甲基化分析確定,與PN或NN樣本相比,PP樣本中有1676個(gè)與銀屑病有關(guān)的CpG的甲基化(DNAm)發(fā)生變化,并且特異性富集AP-1 DNA結合轉錄因子。
圖1 差異Peak峰值顯示
圖2 90個(gè)CpG的甲基化水平,發(fā)現與其他兩組相比,PP組中95.56%(86/90)的CpG是低甲基化的,包括所有啟動(dòng)子定位的CpG
圖3 炎癥基因AIM2啟動(dòng)子相關(guān)峰的強度與g07195224的甲基化水平強烈負相關(guān);但與AIM2 mRNA表達呈正相關(guān);cg07195224的甲基化水平和mRNA表達彼此呈強負相關(guān)
案例分析2:大豆馴化和改良過(guò)程中的DNA甲基化足跡
DNA methylation footprints during soybean domestication and improvement. Genome Biol. 2018; 10;19(1):128.
研究背景:植物的基因功能研究和遺傳改良都離不開(kāi)遺傳轉化。大部分的作物例如小麥、水稻、玉米等都需要長(cháng)時(shí)間的組織培養才能獲得遺傳轉化植株,效率較低。以小麥為例,為了更好地理解小麥的再生過(guò)程,探究其中的轉錄和染色質(zhì)動(dòng)態(tài)變化,以及鑒定提高小麥轉化效率的新基因,研究人員利用RNA-seq、ATAC-seq、CUT&Tag等技術(shù)手段,通過(guò)多組學(xué)聯(lián)合分析的方式繪制了小麥再生過(guò)程的轉錄及染色質(zhì)動(dòng)態(tài)圖譜,并搭建了一個(gè)順序的轉錄調控網(wǎng)絡(luò ),再通過(guò)與擬南芥再生過(guò)程的比較分析鑒定出2個(gè)能提高小麥遺傳轉化效率的新因子
研究技術(shù):ATAC-seq、CUT&Tag、RNA-seq
研究結果:研究發(fā)現小麥再生過(guò)程中存在著(zhù)順序的基因表達,并且這種順序的基因表達與染色質(zhì)可及性高度相關(guān)。此外,H3K27me3的減少和H3K4me3的增加對于某些再生的關(guān)鍵基因在愈傷組織誘導后期的激活息息相關(guān)。利用RNA-seq和ATAC-seq數據搭建了一個(gè)轉錄調控網(wǎng)絡(luò ),從中鑒定到446個(gè)轉錄因子,并推測它們可能參與介導小麥遺傳轉化效率的品種差異。通過(guò)與擬南芥再生過(guò)程的比較分析,研究人員發(fā)現在愈傷組織早期被激活的轉錄因子家族存在差異。在小麥中測試了2個(gè)DOF家族的轉錄因子,結果顯示它們都能顯著(zhù)提高小麥多個(gè)品種的愈傷組織誘導率和遺傳轉化效率,可以在小麥遺傳轉化過(guò)程中應用。
圖1 小麥再生過(guò)程的轉錄和表觀(guān)調控模型
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