1、什么叫做染色質可及性

染色質可及性，也被稱為染色質開放程度，是反映染色質轉錄活性的重要指標，對基因表達調控、表觀遺傳學、生長發育以及疾病研究都具有重要意義。染色質可及性由核小體及其他結合因子在染色質上的占據情況和拓撲結構決定。細胞中的染色質結構處于動態變化中，受到細胞類型、生理條件和外界刺激的影響，表現出不同的結構和狀態，這些變化正是染色質可及性的體現。

基因組中染色質狀態（Klemm et al., 2019）

2、ATAC-seq檢測染色質可及性的原理

ATAC-seq（Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing）是一種高通量測序技術，用于分析染色質的開放區域。該方法利用改造的Tn5轉座酶，靶向插入基因組中開放的染色質區域，即未被核小體緊密包裹的DNA，同時實現DNA片段化和測序接頭的標記。經轉座酶處理的DNA片段通過PCR擴增構建測序文庫并進行高通量測序。ATAC-seq能夠繪制全基因組染色質可及性圖譜，揭示細胞類型特異的表觀遺傳調控機制，廣泛應用于發育生物學、疾病研究及藥物靶點篩選等領域。

ATAC-seq技術原理

3、技術優勢

高靈敏度：ATAC-seq可檢測微量基因組中可及染色質區域，確保在樣本資源有限時獲得有效結果。

低樣本需求：所需細胞數較少，特別適合稀有細胞樣本，優于其他染色質可及性測序技術。

高通量：利用高通量測序，ATAC-seq可同時分析數百萬個片段，提供全面的基因組數據。

直接檢測：通過標記開放染色質區域，ATAC-seq直接反映基因組可及性，無需額外步驟。

流程快速：相較于傳統方法，ATAC-seq實驗流程簡化，顯著縮短樣本處理時間。

低偏差：使用轉座酶標記，使ATAC-seq相較于其他方法具有更少的偏差，更準確捕獲染色質可及性。

高分辨率：提供較高的基因組分辨率，精確標記和定位開放染色質區域。

4、ATAC-seq與ChIP-seq的異同點

研究焦點：

• ChIP-seq：在實驗前明確選擇特定轉錄因子，研究者需對某一表觀遺傳機制有初步假設，設計相應抗體進行ChIP實驗，以驗證該轉錄因子與DNA的相互作用。

• ATAC-seq：不針對特定轉錄因子，而是在全基因組范圍內評估染色質的開放程度，揭示潛在的蛋白質結合位點，而非驗證已知相互作用。

實驗目的：

• ChIP-seq：旨在確認特定轉錄因子與DNA的結合，并解析其在特定生物過程中的作用。

• ATAC-seq：用于篩選潛在的調控因子，以獲取全基因組的開放染色質信息，為后續研究提供基礎。

技術原理：

• ChIP-seq：通過免疫沉淀技術捕獲特定轉錄因子結合的DNA片段，隨后進行測序。

• ATAC-seq：利用轉座酶直接標記開放染色質區域，獲得全基因組的可及性圖譜。

5、ATAC-seq應用范圍

• 核小體定位

• 鑒定重要轉錄因子

• 識別啟動子區域、潛在的增強子或沉默子

• 繪制染色質開放性圖譜

• 尋找轉錄因子調控的靶基因

6、ATAC-seq應用實例

英文標題：Identification and functional characterization of conserved cis-regulatory elements responsible for early fruit development in cucurbit crops

中文標題：保守順式調控元件的鑒定及功能特征研究：揭示葫蘆科作物早期果實發育的調控機制

研究對象：葫蘆科作物的果實

測序策略：ATAC-seq、RNA-seq

技術路線：

關鍵結果：

• 本研究探討了保守順式調控元件（CREs）在葫蘆科作物早期果實發育中的作用及其進化歷史。通過比較基因組學，鑒定出6種葫蘆科作物和5種外類群物種中的392,438個保守非編碼序列（CNSs），其中82,756個為葫蘆科特有。

• 結合ATAC-seq和RNA-seq分析，定位了20,865至43,204個可及染色質區域（ACRs），這些區域與基因表達正相關，并表現出組織和階段特異性。整合分析發現4,431個共線同源CNSs與ACRs重疊，其中1,687個為葫蘆科特有，推測它們通過調控757個相鄰基因參與早期果實發育。

• CRISPR突變實驗驗證了靶向NAC1和EXT-like基因附近的葫蘆科特有CNSs后，基因表達模式及果實形狀、細胞尺寸顯著變化，直接證明了這些CNSs的調控功能。本研究為葫蘆科作物遺傳改良提供了關鍵靶點，并揭示CREs在植物發育與進化中的重要性。

組學關鍵結果：

1.鑒定保守的非編碼序列（CNSs）

保守CNSs的鑒定與特征分析

2.葫蘆科作物早期果實發育過程中可及染色質區域（ACRs）的鑒定

六種葫蘆科作物兩個組織在兩個關鍵階段的ACRs鑒定與特征分析

3.ACRs的進化保守性分析

六種葫蘆科作物中ACRs的保守性分析

4.染色質可及性保守的CNSs的功能驗證

葫蘆科特有與ACRs重疊的CNSs潛在靶基因特征分析

參考文獻：

1.Klemm SL, Shipony Z, Greenleaf WJ. Chromatin accessibility and the regulatory epigenome. Nat Rev Genet. 2019 Apr;20(4):207-220.

2.Xin H, Liu X, Chai S, Yang X, Li H, Wang B, Xu Y, Lin S, Zhong X, Liu B, Lu Z, Zhang Z. Identification and functional characterization of conserved cis-regulatory elements responsible for early fruit development in cucurbit crops. Plant Cell. 2024 May 29;36(6):2272-2288.