染色質(zhì)開放性測序技術(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(jié)構(gòu)并進(jìn)一步被折疊、包裝。當(dāng)基因轉(zhuǎn)錄時候需要將這種高級結(jié)構(gòu)解開，使部分DNA被各種轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的裸露狀態(tài)，即形成開放染色質(zhì)區(qū)域。ATAC-seq（Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high-throughput Sequencing）是表觀遺傳中研究開放性染色質(zhì)的創(chuàng)新型技術(shù)，在全基因組水平上通過高度活躍的Tn5轉(zhuǎn)座酶作為探針，切割DNA序列來定位染色質(zhì)可及性的方法。相比于傳統(tǒng)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、文庫制備簡便、信噪比高等特點，自2013年問世便迅速成為了研究開放調(diào)控區(qū)域的主流方法，在人、大小鼠、多種動植物，以及菌和原生動物中有著廣泛應(yīng)用。

技術(shù)優(yōu)勢

全基因組范圍

可獲得染色體在某個特定的時空條件下所有開放染色質(zhì)區(qū)域，并不只局限于某個轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點，或者某個特定的組蛋白修飾區(qū)域

制樣時間短

通過2-3小時酶促反應(yīng)實現(xiàn)DNA片段化，避免了傳統(tǒng)DNA片段化的繁瑣實驗

樣本量少

5萬個狀態(tài)良好的細(xì)胞即可進(jìn)行建庫，比同類技術(shù)節(jié)省大約3～5個數(shù)量級的細(xì)胞

準(zhǔn)確性高

新Illumina 平臺雙端測序，定位更加準(zhǔn)確，實驗重復(fù)性好

重點技術(shù)質(zhì)控，用心服務(wù)每一個項目

艾斯團(tuán)隊專注表觀組學(xué)12年，提供表觀多組學(xué)完整解決方案；

每年服務(wù)100+海外和國內(nèi)企業(yè)及200+高校和醫(yī)院等客戶;

已經(jīng)完成人、動植物等幾十個物種, 5000+例樣本項目經(jīng)驗;

自動化樣本處理、建庫及分析流程，保障高效周期，40天極速交付;

團(tuán)隊已經(jīng)發(fā)表Genome Biol、Nat Commun、Cell Res等高水平SCI文章；

專業(yè)的生物信息分析團(tuán)隊, 提供更多個性化分析思路和方案

樣本類型和送樣要求

備注：詳細(xì)送樣要求參考 ATAC-seq送樣要求2024

數(shù)據(jù)信息分析

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

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(fù)雜的慢性炎癥性皮膚病，其特征是角質(zhì)形成細(xì)胞（KCs）過度增殖和免疫反應(yīng)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(diào)控網(wǎng)絡(luò)，本研究通過對銀屑?。≒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)開放性數(shù)據(jù)與甲基化和mRNA-seq數(shù)據(jù)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(jié)果：1.通過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(xiàn)22839（PP vs PN)和50845（PP vs NN)個差異peak。此外PP組中染色質(zhì)開放程度更高的peak往往位于正常人表皮早期復(fù)制的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域，而那些可及性適度降低的peak往往位于晚期復(fù)制結(jié)構(gòu)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(jié)合轉(zhuǎn)錄因子。 

圖1 差異Peak峰值顯示

圖2 90個CpG的甲基化水平，發(fā)現(xiàn)與其他兩組相比，PP組中95.56%（86/90）的CpG是低甲基化的，包括所有啟動子定位的CpG 

圖3 炎癥基因AIM2啟動子相關(guān)峰的強度與g07195224的甲基化水平強烈負(fù)相關(guān)；但與AIM2 mRNA表達(dá)呈正相關(guān)；cg07195224的甲基化水平和mRNA表達(dá)彼此呈強負(fù)相關(guān)

案例分析2：大豆馴化和改良過程中的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遺傳轉(zhuǎn)化。大部分的作物例如小麥、水稻、玉米等都需要長時間的組織培養(yǎng)才能獲得遺傳轉(zhuǎn)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程，探究其中的轉(zhuǎn)錄和染色質(zhì)動態(tài)變化，以及鑒定提高小麥轉(zhuǎn)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，通過多組學(xué)聯(lián)合分析的方式繪制了小麥再生過程的轉(zhuǎn)錄及染色質(zhì)動態(tài)圖譜，并搭建了一個順序的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，再通過與擬南芥再生過程的比較分析鑒定出2個能提高小麥遺傳轉(zhuǎn)化效率的新因子

研究技術(shù)：ATAC-seq、CUT&Tag、RNA-seq

研究結(jié)果：研究發(fā)現(xiàn)小麥再生過程中存在著順序的基因表達(dá)，并且這種順序的基因表達(dá)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(dǎo)后期的激活息息相關(guān)。利用RNA-seq和ATAC-seq數(shù)據(jù)搭建了一個轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從中鑒定到446個轉(zhuǎn)錄因子，并推測它們可能參與介導(dǎo)小麥遺傳轉(zhuǎn)化效率的品種差異。通過與擬南芥再生過程的比較分析，研究人員發(fā)現(xiàn)在愈傷組織早期被激活的轉(zhuǎn)錄因子家族存在差異。在小麥中測試了2個DOF家族的轉(zhuǎn)錄因子，結(jié)果顯示它們都能顯著提高小麥多個品種的愈傷組織誘導(dǎo)率和遺傳轉(zhuǎn)化效率，可以在小麥遺傳轉(zhuǎn)化過程中應(yīng)用。

圖1 小麥再生過程的轉(zhuǎn)錄和表觀調(diào)控模型