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全基因組甲基化測序

作者:小編 更新時間:2022-05-07 點擊數:

  DNA甲基化是表觀遺傳學(Epigenetics)的重要組成部分,在維持正常細胞功能、遺傳印記、胚胎發育以及人類腫瘤發生中起著重要的作用。Bisul?te處理能夠將基因組中未甲基化的胞嘧啶與甲基化的胞嘧啶區分開來,因此成為表觀遺傳學研究的經典實驗方法。Bisul?te處理與高通量測序技術相結合的測序方法—Bisul?te Sequencing能夠繪制單堿基分辨率的DNA甲基化圖譜。


        特定物種的高精確度甲基化修飾模式的分析,為廣泛應用于細胞分化、組織發育等基礎機制研究,以及動植物育種、人類健康與疾病研究奠定基礎。將樣本DNA用亞硫酸氫鈉處理,未甲基化的胞嘧啶被轉變為尿嘧啶,而甲基化的胞嘧啶(5mC)則不受影響;而在PCR擴增反應中,尿嘧啶會被DNA聚合酶識別為胸腺嘧啶;最后采用特定的算法將測序所得reads與基因組進行比對就可獲知樣本DNA的甲基化情況。


信息分析

1、Bisulfite-seq數據產出統計: 數據產出總量;C的測序深度統計;基因組覆蓋度統計,全基因組甲基化率統計;

2、計算C堿基的甲基化水平

3、全基因組甲基化水平數據分布趨勢

a)甲基化C堿基中CG, CHG 與CHH的分布比例

不同分布類型的甲基化C位點在不同物種基因組中出現比例不同,因此,各類型mC ( mCG、mCHG和mCHH ) 的位點數目,及其在全部mC的位點中所占的比例 ( 例:mCHG所占比例= mCHG數目/mC的總數 ),在一定程度上反映了特定物種的全基因組甲基化圖譜的特征。

 

 

b)CG、CHG和CHH中的所有C的甲基化水平

不同分布類型的C 堿基( CG、CHG和CHH ),其甲基化水平在不同物種間,甚至同一物種不同細胞類型間都存在差異。此圖統計每種類型 ( CG、CHG和CHH ) 甲基化的C甲基化水平的分布。

 

 

c)統計不同基因區域內CG、CHG和CHH中C的甲基化水平

對于在不同基因區域CG、CHG和CHH中的C,根據如下的公式統計其平均甲基化水平:平均甲基化水平=100*支持甲基化的reads的數目/總的reads的數目。(如:CG平均甲基化水平=100* 支持CG甲基化的reads/(支持CG甲基化的reads+支持CG非甲基化的reads)

d)CHG,CHH中甲基化C附近的9bp序列的序列特征分析

分析非CG位點的甲基化的C附近堿基的分布情況,統計不同甲基化模式(CHG和CHH)出現的概率。圖形橫軸(x 軸)表示堿基位置,其中第四位上為用于分析C 堿基??v軸(y 軸)為熵值(0 為最小值,表示四種堿基比例均勻,都為25%,2 為最大值,表示四種堿基分布最不均勻,即只有一種特定堿基出現,如第四位的C 與第六位的G)。

 

 

4、全基因組甲基化圖譜

4.1染色體的甲基化分布

選取一條染色體,從染色體水平來描述甲基化C堿基的的分布情況。通過劃窗口的方法來計算每個窗口的甲基化水平,下圖窗口大小為10k。

 

 

4.2不同基因組區域的甲基化分布特征

不同的基因組區域具有各自不同的生物學功能,下圖中以柱形圖的形式表示甲基化分布情況,有助于進一步了解這些區域的甲基化圖譜特征。

 

 

5、差異性甲基化區域(DMRs)分析

比較兩組樣品間甲基化水平的差異對人類疾病研究、生長發育研究以及生物學的基礎研究都具有重要的意義。這兩組樣品可以是不同類型的個體,可以是同一個體的不同組織,也可以是同一組織在不同時間點的取樣。

5.1基于methyKit的差異甲基化(DMRs)分析

5.2基于BSmooth的差異甲基化(DMRs)分析

5.3DMRs相關基因的GO聚類分析

Gene Ontology(簡稱GO)是一個國際標準化的基因功能分類體系,提供了一套動態更新的標準詞(controlled vocabulary)來全面描述生物體中基因和基因產物的屬性。GO總共有三個ontology(本體),分別描述基因的分子功能(MF: molecular function)、所處的細胞位置(CC: cellular component)、參與的生物過程(BP: biological process)。

 

 

技術優勢

 

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