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表观基因组学：ATAC-Seq 和 Bisulfite 测序

June 10, 2026
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表观基因组学研究全基因组范围内的 DNA 甲基化、组蛋白修饰和染色质可及性模式。两种使用最广泛的表观基因组学技术是 ATAC-seq 和 Bisulfite 测序。

ATAC-Seq

ATAC-seq 绘制开放染色质的区域——即转录因子和其他调控蛋白结合的核小体缺失 DNA。它使用高活性 Tn5 转座酶，该酶同时片段化 DNA 并将测序接头插入可及染色质区域。

操作协议非常简单：

  1. 收集 50,000 个细胞（新鲜或冷冻保存）。
  2. 裂解细胞膜以释放细胞核。
  3. 将细胞核与载有测序接头的 Tn5 转座酶在 37 °C 孵育 30 分钟。
  4. 纯化 tagmented DNA，用带条形码的引物进行 PCR 扩增，并在 Illumina 平台上进行双端测序。

将 reads 与参考基因组比对，转座酶活性的峰表示开放染色质。这些峰在启动子、增强子和其他调控元件处富集。ATAC-seq 还可以从片段长度模式推断核小体定位和转录因子结合足迹。

主要优势是速度快（整个文库制备需要 2–3 小时）和低输入量要求（最低 500 个细胞，单细胞 ATAC-seq 现已常规化）。

Bisulfite 测序

Bisulfite 测序检测 DNA 中的 5-甲基胞嘧啶（5mC）。用亚硫酸氢钠处理将未甲基化的胞嘧啶转化为尿嘧啶（PCR 后读取为胸腺嘧啶），而甲基化的胞嘧啶保持不变。将得到的序列与参考序列比较，以单碱基分辨率确定甲基化状态。

**全基因组 Bisulfite 测序（WGBS）**提供全面的甲基化图谱但成本较高。**简化代表性 Bisulfite 测序（RRBS）**使用 MspI 消化富集 CpG 富集区域，降低测序成本。靶向 Bisulfite 测序扩增特定感兴趣区域，如启动子 CpG 岛。

关键考虑因素：

  • Bisulfite 处理会降解 DNA。从 100–500 ng 高质量 DNA 开始。
  • 转化效率应 >99%。掺入未甲基化的 λ DNA 对照可计算转化率。
  • 比对需要使用 Bisulfite 感知比对器，将 reads 映射到 Bisulfite 转化的参考基因组。
  • 甲基化报告为每个 CpG 位点的 β 值（0 到 1）或 M 值。

数据分析共性

ATAC-seq 和 Bisulfite 测序都产生 FASTQ 文件，与参考基因组比对。对于 ATAC-seq，峰识别使用 MACS2 或 Genrich；对于 Bisulfite 数据，甲基化识别使用 Bismark 流程中的脚本。质量指标包括 ATAC-seq 的 reads 在峰中的比例（FRiP）和甲基化数据的 Bisulfite 转化率。

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