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ATAC-Seq

       华大基因依托BGISEQ-500平台强大的测序实力,推出性价比超高的表观组学研究利器ATAC-Seq(Assay for Transposase-Accessible Chromatin using Sequencing)。该技术通过改造后活性极高的转座酶介导,对染色质结构开放区域进行捕获测序,仅需少量细胞便可获得实时全基因组活性调控序列信息,广泛应用于转录因子结合分析、核小体定位、活性调控元件分布等研究,在表观遗传机制研究领域有广阔的应用前景。

图01

图1  ATAC-Seq示意图

技术优势

快速  实验流程精简,交付周期更短

微量  所需细胞量少(低至数百个细胞),适用于临床样本

准确  技术重复性好,与同类技术及同类测序平台一致性高

全面  获得信息量大(全基因组调控活性图谱、全转录因子结合图谱)

超值 依托华大基因BGISEQ-500平台强大的测序实力,超高性价比


哺乳动物胚胎细胞染色质结构开放图谱研究[1]

案例描述: 目前表观基因组技术的一些限制条件,如实验复杂性等,妨碍了染色质可接近性研究在许多实验和临床开发中的应用。很难对少量细胞(如胚胎细胞)染色质状态进行研究,ATAC-seq的技术(转座酶介导的染色质开放性测序),是一种快速和灵敏的表观基因组学研究方法,只需要少量细胞即可捕全基因组活性调控序列。来自清华大学生命科学学院、北京大学等机构研究人员,使用ATAC-Seq和RNA-Seq等技术,检测了早期胚胎发育过程中各时期染色质结构开放区域的动态变化,发现不同时期的细胞开放区域的动态变化情况,并得到胚胎发育时期关键转录因子。

影响因子:40.137

样本选取:小鼠早期胚胎各时期,2个重复

研究成果:

   1)得到早期胚胎各时期细胞染色质开放序列信息;

 

图1 小鼠着床前胚胎细胞染色质开放性可视图 

   2)找到各时期调控元件分析及转录因子,结合RNA-Seq数据找到关键调控因子。

  

  图2 各时期关键调控元件及转录因子预测结果

 

参考文献:

[1]Wu J, Huang B, et al.The landscape of accessible chromatin in mammalian preimplantation embryos. Nature. 2016 Jun.L

[2]Thurman R E, Rynes E, Humbert R, et al. The accessible chromatin landscape of the human genome. Nature.2012 Sep.

[3] Greenleaf WJ, et al.Transposition of native chromatin for fast and sensitive epigenomic profiling of open chromatin, DNDNA-binding proteins and nucleosome position . Nat Methods.2013 Dec.

[4] Buenrostro J D, Wu B, Litzenburger U M, et al. Single-cell chromatin accessibility reveals principles of regulatory variation. Nature.2015 July.

[5] Sen DR, Kaminski J, et al. The epigenetic landscape of T cell exhaustion. Science. 2016 Dec.

[6] Qu K, Zaba L C, Satpathy A T, et al. Chromatin Accessibility Landscape of Cutaneous T Cell Lymphoma and Dynamic Response to HDAC Inhibitors. Cancer Cell. 2017 July.

[7] Corces M R, Trevino A E, Hamilton E G, et al. An improved ATAC-seq protocol reduces background and enables interrogation of frozen tissues. Nature Methods. 2017 Aug.

 


1、全基因组调控活性图谱分析

    染色质结构的改变对细胞的命运会产生极大的影响,染色质结构开放程度影响蛋白结合程度,开放程度也直接反映了染色质转录活性,因此,对特定时间空间下染色质开放区域进行捕获,获得全基因组调控活性区域信息,对基因表达调控网络研究具有重要意义。

通过 ATAC-Seq数据分析,可以获得高置信度的染色体结构开放区域。结合reads分布和 Peak检测结果,绘制出每个样品在整个基因组水平上的调控活性图谱。


图1 全基因组调控活性图谱

 

2、核小体定位预测

    由DNA和组蛋白形成的核小体是构成真核细胞染色质的基本结构单位,每个核小体由146bp的DNA缠绕组蛋白八聚体约1.65圈形成,核小体与核小体之间通过20-50bp的连接DNA相连,DNA与组蛋白的结合并不是固定不变的,没有核小体结合的DNA区域易于各种调节蛋白的接近和结合。在基因组上核小体位置的精确确定称为核小体定位,它的定位变化总是伴随着基因从抑制到转录状态的转变,核小体定位在转录调控、DNA复制和修复等多种细胞过程中有重要研究价值,也是目前表观遗传学研究的热点。结合核小体结构特征和ATAC-Seq插入片段分布进行分析,将插入片段105bp以内的片段判定为NFR区域(核小体缺失区域),将105-250bp插入片段判定为核小体分布区域,进而对核小体进行精准定位。

  

图2 核小体结构结构           图3 核小体定位预测模型

 3、转录因子结合分析

    真核生物基因表达是一个复杂而有序的过程,它是众多反式作用因子和顺式作用元件之间相互作用的结果,特定时间空间下又有哪些反式作用因子和顺式作用元件互作参与?反式作用因子是指能直接或间接识别和结合在顺式作用元件上,调控靶基因表达的蛋白质因子,一般也称为转录因子(transcriptional factor,TF),转录因子结合位点((Transcription factor binding site, TFBS)是与转录因子结合的DNA 序列。确定TFBS是理解转录调控机制, 建立转录调控网络的关键问题。通过ATAC-Seq转录因子足迹分析(TF footprinting analysis), 可对TF结合情况进行预测,甚至进一步对全转录因子结合进行分析。

 

                        图4 转录因子结合预测模型


 样品要求

•  样品类型:细胞系样品

•  样本起始量:建库起始量500-50000个,为保证实验成功率,建议所送细胞量大于1×106

推荐数据

•  推荐数据量:≥50M clean reads

•  测序策略:BGISEQ-500平台 PE50


Q1:ATAC-Seq与其他染色质可接近性测序有什么区别?

ATAC-Seq对样本起始量需求更少(500-50000),获取的信息更多,不但可做全基因组活性图谱,还可以做核小体定位和转录因子结合分析。

Q2:客户送样前有哪些需要注意?

ATAC-Seq对细胞活性要求较高,送样前最好检测下细胞活性,尽量送活性(大于70%)较高的新鲜细胞,组织样本需先处理成细胞悬液, 组织样本也可承接,但需要提前评估。

Q3:如果样本细胞数量达不到送样要求,是不是一定不能做?

不是,ATAC-Seq建库一般细胞起始数量范围为:500-50000个细胞,具体起始量与细胞活性及细胞类型相关,甚至可做到单细胞水平,所以即使客户样本的细胞数量达不到送样要求,并不代表一定不能建库,只是相对来说,细胞数量足够的样本,成功率更高。

Q4:除了PE50测序策略,是否可以做其他测序策略?

可以,但根据文库特征,大部分插入片段分布在100bp左右,PE50为最佳测序策略,如客户选择其他测序策略,影响到测序质量或信息分析结果,后果由客户自己承担。

 


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