染色質開放性測序技術(ATAC-seq)

— —全基因組染色質可及性檢測

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一步被折疊、包裝。當基因轉錄時候需要將這種高級結構解開，使部分DNA被各種轉錄因子結合的裸露狀態，即形成開放染色質區域。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的創新型技術，在全基因組水平上通過高度活躍的Tn5轉座酶作為探針，切割DNA序列來定位染色質可及性的方法。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控區域的主流方法，在人、大小鼠、多種動植物，以及菌和原生動物中有著廣泛應用。

技術優勢

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區域，并不只局限于某個轉錄因子的結合位點，或者某個特定的組蛋白修飾區域

制樣時間短

通過2-3小時酶促反應實現DNA片段化，避免了傳統DNA片段化的繁瑣實驗

樣本量少

5萬個狀態良好的細胞即可進行建庫，比同類技術節省大約3～5個數量級的細胞

準確性高

新Illumina 平臺雙端測序，定位更加準確，實驗重復性好

重點技術質控，用心服務每一個項目

艾斯團隊專注表觀組學12年，提供表觀多組學完整解決方案；

每年服務100+海外和國內企業及200+高校和醫院等客戶;

已經完成人、動植物等幾十個物種, 5000+例樣本項目經驗;

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;

團隊已經發表Genome Biol、Nat Commun、Cell Res等高水平SCI文章；

專業的生物信息分析團隊, 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：詳細送樣要求參考 ATAC-seq送樣要求2024

數據信息分析

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：銀屑病是一種復雜的慢性炎癥性皮膚病，其特征是角質形成細胞（KCs）過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絡，本研究通過對銀屑?。≒P)、非銀屑?。≒N）和正常皮膚（NN）組織樣本進行ATAC-seq分析比較探索染色質可及性變化，并將染色質開放性數據與甲基化和mRNA-seq數據集進行了整合。

研究技術：ATAC-seq、甲基化450K芯片、RNA-seq

研究結果：1.通過ATAC-seq分析了銀屑病和健康皮膚染色質可及性的全基因組模式，分別發現22839（PP vs PN)和50845（PP vs NN)個差異peak。此外PP組中染色質開放程度更高的peak往往位于正常人表皮早期復制的染色質結構域，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個與銀屑病有關的CpG的甲基化（DNAm）發生變化，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CpG的甲基化水平，發現與其他兩組相比，PP組中95.56%（86/90）的CpG是低甲基化的，包括所有啟動子定位的CpG 

圖3 炎癥基因AIM2啟動子相關峰的強度與g07195224的甲基化水平強烈負相關；但與AIM2 mRNA表達呈正相關；cg07195224的甲基化水平和mRNA表達彼此呈強負相關

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程，探究其中的轉錄和染色質動態變化，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等技術手段，通過多組學聯合分析的方式繪制了小麥再生過程的轉錄及染色質動態圖譜，并搭建了一個順序的轉錄調控網絡，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化效率的新因子

研究技術：ATAC-seq、CUT&Tag、RNA-seq

研究結果：研究發現小麥再生過程中存在著順序的基因表達，并且這種順序的基因表達與染色質可及性高度相關。此外，H3K27me3的減少和H3K4me3的增加對于某些再生的關鍵基因在愈傷組織誘導后期的激活息息相關。利用RNA-seq和ATAC-seq數據搭建了一個轉錄調控網絡，從中鑒定到446個轉錄因子，并推測它們可能參與介導小麥遺傳轉化效率的品種差異。通過與擬南芥再生過程的比較分析，研究人員發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DOF家族的轉錄因子，結果顯示它們都能顯著提高小麥多個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程中應用。

圖1 小麥再生過程的轉錄和表觀調控模型