全基因組重亞硫酸鹽甲基化測序（WGBS）可以在全基因組范圍內(nèi)精確的檢測所有單個胞嘧啶堿基（C堿基）的甲基化水平，是DNA甲基化研究的金標(biāo)準(zhǔn)。WGBS能為基因組DNA甲基化時空特異性修飾的研究提供重要技術(shù)支持，能廣泛應(yīng)用在個體發(fā)育、衰老和疾病等生命過程的機(jī)制研究中，也是各物種甲基化圖譜研究的首選方法。

全基因組甲基化測序技術(shù)通過T4-DNA連接酶，在超聲波打斷基因組DNA片段的兩端連接接頭序列，連接產(chǎn)物通過重亞硫酸鹽處理將未甲基化修飾的胞嘧啶C轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏，進(jìn)而通過接頭序列介導(dǎo)的 PCR 技術(shù)將尿嘧啶U轉(zhuǎn)變?yōu)樾叵汆奏。

應(yīng)用方向

WGBS廣泛用于各種物種，要求全基因組掃描（不錯過關(guān)鍵位點(diǎn)）

1）全基因組甲基化圖譜課題

2）標(biāo)志物篩選課題

3）小規(guī)模研究課題

技術(shù)優(yōu)勢

1）應(yīng)用范圍廣：適用于所有參考基因組已知物種的甲基化研究；

2）全基因組覆蓋：最大限度地獲取完整的全基因組甲基化信息，精確繪制甲基化圖譜；

3）單堿基分辨率：可精確分析每一個C堿基的甲基化狀態(tài)。

技術(shù)路線

實(shí)驗(yàn)策略

信息分析

送樣要求

技術(shù)指標(biāo)

DNA甲基化檢測技術(shù)特點(diǎn)：

1）450K/850：該技術(shù)針對基因組上已知的約450K和850K個重要的CpG位點(diǎn)進(jìn)行芯片掃描檢測，準(zhǔn)確性、可重復(fù)性較高，缺點(diǎn)是只能用于人類樣本，且無法對基因組上芯片之外新的CpG位點(diǎn)進(jìn)行檢測。

技術(shù)選擇

經(jīng)典案例

醫(yī)學(xué)方向：

Whole-Genome Bisulfite Sequencing of Two Distinct Interconvertible DNA Methylomes of Mouse Embryonic Stem Cells. 兩種狀態(tài)的小鼠胚胎干細(xì)胞的甲基化組學(xué)研究

背景

小鼠胚胎干細(xì)胞一般生長在含有血清的基質(zhì)中，被稱作血清干細(xì)胞(serum ESCs)；加兩種激酶抑制因子使胚胎干細(xì)胞在無血清的情況下更能保持多能性的基態(tài)，這種干細(xì)胞稱為2i干細(xì)胞(2i ESCs)；這兩種狀態(tài)的胚胎干細(xì)胞可以互相轉(zhuǎn)化。以前這方面的甲基化研究大多基于質(zhì)譜，覆蓋度和研究結(jié)果有限，尚缺乏2i胚胎干細(xì)胞的甲基化組學(xué)研究。

方法

利用全基因組重亞硫酸鹽甲基化測序（WGBS），對這兩種可互相轉(zhuǎn)換的小鼠胚胎干細(xì)胞進(jìn)行甲基化組學(xué)研究

結(jié)論

全面準(zhǔn)確的檢測了兩種小鼠胚胎干細(xì)胞的DNA甲基化修飾并進(jìn)行了系統(tǒng)的比較；同serum ESCs相比，雄性2iESCs全局低甲基化；在血清中，雌性ESCs跟雄性2i ESCs類似呈現(xiàn)全局低甲基化，而在2i ESCs狀態(tài)下，甲基化水平會進(jìn)一步降低。

不同狀態(tài)下小鼠胚胎干細(xì)胞的甲基化修飾比較

農(nóng)學(xué)方向：

Global increase in DNA methylation during orange fruit development and ripening（甜橙果實(shí)發(fā)育和成熟過程中全基因組DNA甲基化增加）

背景

DNA甲基化是參與許多生物過程的重要表觀遺傳標(biāo)記。已有研究表明，番茄在成熟過程中全基因組DNA甲基化會顯著降低，但其他水果的成熟是否與全基因組DNA去甲基化有關(guān)還尚不清楚。

方法

紐荷爾甜橙(Citrus Sinensis Osbeck)果實(shí)，采集了開花后90、120、150、180和210d的五個不同發(fā)育階段的果實(shí)。采集橙果皮，并保存在-80°C，用于DNA和RNA的提取。

 結(jié)果

作者鑒定了甜橙果實(shí)的單堿基分辨DNA甲基化情況。與未成熟的甜橙果實(shí)相比，成熟的甜橙果實(shí)在3萬多個基因組區(qū)域獲得了DNA甲基化，在大約1000個基因組區(qū)域失去DNA甲基化，這表明在甜橙果實(shí)成熟過程中全基因組DNA甲基化顯著增加。DNA甲基化的增加與DNA去甲基酶基因表達(dá)的降低有關(guān)。DNA甲基化抑制劑的應(yīng)用干擾了甜橙果實(shí)的成熟，這表明DNA高甲基化是甜橙果實(shí)能夠正常成熟的關(guān)鍵。作者發(fā)現(xiàn)，成熟相關(guān)的DNA高甲基化與數(shù)百個基因(如光合作用基因)的抑制和數(shù)百個基因(包括與脫落酸反應(yīng)有關(guān)的基因)的激活有關(guān)。作者的結(jié)果表明DNA甲基化在甜橙果實(shí)成熟過程中起著重要作用。

甜橙果實(shí)發(fā)育和成熟期間全基因組DNA甲基化增加

參考文獻(xiàn)：

1）Ehsan Habibi, et al. Whole-Genome Bisulfite Sequencing of Two Distinct Interconvertible DNA Methylomes of Mouse Embryonic Stem Cells. Cell Stem Cell (2013), 13(3), 360-369.

2）Huang H, et al. Global increase in DNA methylation during orange fruit development and ripening. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Jan 22;116(4):1430-1436.

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