全基因組甲基化測序

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經典案例

案例一 單堿基甲基化分析揭示了干旱脅迫時蘋果的動態表觀差異

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

期刊:Plant Biotechnology Journal
影響因子:7.443
合作單位:西北農林科技大學
發表年份:2017 年 8 月

一、研究背景

本研究以蘋果的抗旱品種‘秦冠’和不抗旱品種‘蜜脆’為材料,采用全基因組甲基化測序(WGBS),解析了蘋果的甲基化組圖譜,首次研究了外界因素如干旱脅迫對蘋果甲基化水平的影響,并聯合mRNA-seq技術檢測干旱脅迫時基因表達的變化,進一步分析蘋果甲基化水平的改變與基因表達變化之間的關系。

二、方法流程

取材

抗旱品種‘秦冠’(‘QG’)
和不抗旱品種‘蜜脆’
(‘HC’)葉片

建庫

1. DNA樣品,末端修復,加A
2. 加甲基化接頭,PCR擴增
3. 磁珠純化

測序

Illumina HiSeq,PE150

信息分析

甲基化位點檢測,甲基化水平分析,
甲基化組間比較分析,
DMR相關基因功能注釋,
DMR相關基因富集分析等

三、研究結果

1. 蘋果甲基化圖譜的構建

對‘QG’和‘HC’進行WGBS檢測,結果顯示二者基因組的甲基化圖譜幾乎相同。因此,選用‘QG’甲基化數據來顯示蘋果甲基化圖譜。

2.在不同蘋果基因組區域的DNA甲基化模式

由于在不同基因組區域,如常染色質、異染色質、重復序列和編碼序列等,DNA甲基化狀態不同。為研究在不同蘋果基因組區域的DNA甲基化模式,作者分析了基因(包括編碼序列和內含子)的甲基化譜。

3.干旱脅迫改變了甲基化模式并聯合基因差異表達

采用mRNA-seq研究‘QG’和‘HC’ DNA甲基化狀態與基因表達水平間的關系,按基因表達水平高低將其均分為5組,同時按甲基化水平將基因分為甲基化組和非甲基化組,并按甲基化水平高低將甲基化組也均分為5組。結果顯示,啟動子區甲基化與基因表達呈負相關,基因區甲基化與基因表達呈正相關。

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四、研究結論

DNA甲基化是最早發現的表觀修飾方式之一,能引起染色質結構、DNA構象與穩定性以及DNA與蛋白質相互作用方式的改變,從而影響基因表達。通過構建人類腦組織單堿基分辨率的全基因組DNA甲基化和羥甲基化圖譜,揭示了5-甲基胞嘧啶甲基化及其去甲基化過程的中間產物在調控可變剪切和基因表達中的作用。

參考文獻

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 小鼠腦組織全基因組甲基化

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

期刊:Bioinformatics
影響因子:5.766
發表單位:北京師范大學
發表年份:2017 年1月

一、研究背景

阿爾茨海默病,是一種進行性退化性腦疾病。本研究以小鼠為研究材料,系統分析了患病鼠與正常鼠的DNA甲基化作用模式,為開發新的治療策略提供了有效資源。

二、方法流程

取材

7個月大的雄性小鼠,SAMP8(患病組),SAMR1 (對照組)大腦皮層組織細胞。

建庫

1. DNA樣品,末端修復,加A
2. 加甲基化接頭,PCR擴增
3. 磁珠純化

測序

Illumina HiSeq,PE150

信息分析

甲基化水平分析,DMR 鑒定,GO 富集分析,基因差異表達分析, WGBS 與 RNA-seq關聯分析

三、研究結果

1. 基因組功能區域甲基化水平分析

. SAMP8和 SAMR1小鼠基因組功能區域甲基化水平較為相似。TSS和5′UTR區域的ML最低;introns區的ML最高;exons和3′UTR區的ML水平接近。結果表明,小鼠腦組織的甲基化位點主要位于gene body區,而非UTR 區。

2. 甲基化胞嘧啶上下文

占主導地位的 CHG 甲基化位點為 CAG;占主導地位的 CHH 甲基化位點為 CAC。

3.DMRs 的鑒定及 DMR 相關基因分析

鑒定出63個DMRs,SAMP8 vs SAMR1,41個為高甲基化DMRs,22個為低甲基化DMRs。有24個DMRs注釋到26個編碼蛋白的DMRs相關基因。GO富集分析結果表明,神經膠質凋亡(GO: 0034349)等GOterms顯著富集。

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四、研究結論

本研究通過小鼠腦組織全基因組甲基化研究發現,患病鼠的全基因組甲基化水平與正常鼠接近,但前者略低于后者。CpG和non-CpG 位點的甲基化水平都與阿爾茨海默病密切相關。GO富集分析表明,部分DMRs相關基因通過甲基化調控AD。通過與RNA-seq的關聯分析,最終得到3個與AD最相關的基因(Dlgap1,TMEM51和Eif2ak2)。

參考文獻

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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