全基因组甲基化测序

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经典案例

案例一 单碱基甲基化分析揭示了干旱胁迫时苹果的动态表观差异

Single-Base Methylome Analysis Reveals Dynamic Epigenomic Differences Associated with Water Deficit in Apple

期刊:Plant Biotechnology Journal
影响因子:7.443
合作单位:西北农林科技大学
发表年份:2017 年 8 月

一、研究背景

本研究以苹果的抗旱品种‘秦冠’和不抗旱品种‘蜜脆’为材料,采用全基因组甲基化测序(WGBS),解析了苹果的甲基化组图谱,首次研究了外界因素如干旱胁迫对苹果甲基化水平的影响,并联合mRNA-seq技术检测干旱胁迫时基因表达的变化,进一步分析苹果甲基化水平的改变与基因表达变化之间的关系。

二、方法流程

取材

抗旱品种‘秦冠’(‘QG’)
和不抗旱品种‘蜜脆’
(‘HC’)叶片

建库

1. DNA样品,末端修复,加A
2. 加甲基化接头,PCR扩增
3. 磁珠纯化

测序

Illumina HiSeq,PE150

信息分析

甲基化位点检测,甲基化水平分析,
甲基化组间比较分析,
DMR相关基因功能注释,
DMR相关基因富集分析等

三、研究结果

1. 苹果甲基化图谱的构建

对‘QG’和‘HC’进行WGBS检测,结果显示二者基因组的甲基化图谱几乎相同。因此,选用‘QG’甲基化数据来显示苹果甲基化图谱。

2.在不同苹果基因组区域的DNA甲基化模式

由于在不同基因组区域,如常染色质、异染色质、重复序列和编码序列等,DNA甲基化状态不同。为研究在不同苹果基因组区域的DNA甲基化模式,作者分析了基因(包括编码序列和内含子)的甲基化谱。

3.干旱胁迫改变了甲基化模式并联合基因差异表达

采用mRNA-seq研究‘QG’和‘HC’ DNA甲基化状态与基因表达水平间的关系,按基因表达水平高低将其均分为5组,同时按甲基化水平将基因分为甲基化组和非甲基化组,并按甲基化水平高低将甲基化组也均分为5组。结果显示,启动子区甲基化与基因表达呈负相关,基因区甲基化与基因表达呈正相关。

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四、研究结论

DNA甲基化是最早发现的表观修饰方式之一,能引起染色质结构、DNA构象与稳定性以及DNA与蛋白质相互作用方式的改变,从而影响基因表达。通过构建人类脑组织单碱基分辨率的全基因组DNA甲基化和羟甲基化图谱,揭示了5-甲基胞嘧啶甲基化及其去甲基化过程的中间产物在调控可变剪切和基因表达中的作用。

参考文献

Xu J, Zhou S, Gong X, et al. Single-base methylome analysis reveals dynamic epigenomic differences associated with water deficit in apple[J]. Plant Biotechnol J, 2017.

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案例二 小鼠脑组织全基因组甲基化

Genome-wide Analysis of DNA Methylation Profiles in a Senescence-accelerated Mouse
Prone 8 Brain using Whole-genome Bisulfite Sequencing

期刊:Bioinformatics
影响因子:5.766
发表单位:北京师范大学
发表年份:2017 年1月

一、研究背景

阿尔茨海默病,是一种进行性退化性脑疾病。本研究以小鼠为研究材料,系统分析了患病鼠与正常鼠的DNA甲基化作用模式,为开发新的治疗策略提供了有效资源。

二、方法流程

取材

7个月大的雄性小鼠,SAMP8(患病组),SAMR1 (对照组)大脑皮层组织细胞。

建库

1. DNA样品,末端修复,加A
2. 加甲基化接头,PCR扩增
3. 磁珠纯化

测序

Illumina HiSeq,PE150

信息分析

甲基化水平分析,DMR 鉴定,GO 富集分析,基因差异表达分析, WGBS 与 RNA-seq关联分析

三、研究结果

1. 基因组功能区域甲基化水平分析

. SAMP8和 SAMR1小鼠基因组功能区域甲基化水平较为相似。TSS和5′UTR区域的ML最低;introns区的ML最高;exons和3′UTR区的ML水平接近。结果表明,小鼠脑组织的甲基化位点主要位于gene body区,而非UTR 区。

2. 甲基化胞嘧啶上下文

占主导地位的 CHG 甲基化位点为 CAG;占主导地位的 CHH 甲基化位点为 CAC。

3.DMRs 的鉴定及 DMR 相关基因分析

鉴定出63个DMRs,SAMP8 vs SAMR1,41个为高甲基化DMRs,22个为低甲基化DMRs。有24个DMRs注释到26个编码蛋白的DMRs相关基因。GO富集分析结果表明,神经胶质凋亡(GO: 0034349)等GOterms显著富集。

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四、研究结论

本研究通过小鼠脑组织全基因组甲基化研究发现,患病鼠的全基因组甲基化水平与正常鼠接近,但前者略低于后者。CpG和non-CpG 位点的甲基化水平都与阿尔茨海默病密切相关。GO富集分析表明,部分DMRs相关基因通过甲基化调控AD。通过与RNA-seq的关联分析,最终得到3个与AD最相关的基因(Dlgap1,TMEM51和Eif2ak2)。

参考文献

Zhang S, Qin CX,Cao GQ, et al. Genome-wide Analysis of DNA Methylation Profiles in a Senescence-accelerated Mouse Prone 8 Brain using Whole-genome Bisulfite Se-quencing.Bioinformatics, 2017 , 33 (11) :btx040.

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