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近日，Nature Reviews系列新期刊Nature Reviews Methods Primers的首批文章正式上線。該期刊采用完全線上發(fā)表模式，刊登成為導(dǎo)論（Primer）的文章，對(duì)某種生命科學(xué)或物理學(xué)技術(shù)和方法進(jìn)行全面并權(quán)威的綜述。計(jì)劃每星期發(fā)表一篇，并對(duì)每篇導(dǎo)論配發(fā)叫做導(dǎo)論總覽（PrimerView）的圖形化總結(jié)。旨在為研究者面對(duì)不熟悉的科學(xué)方法時(shí)，盡可能提供有關(guān)該方法的全方位信息供研究者評(píng)估，選擇以及應(yīng)用。

2021年1月21日，該刊發(fā)表來(lái)自比利時(shí)魯汶大學(xué)Stein Aerts課題組聯(lián)合多單位合作撰寫(xiě)的題為 Chromatin accessibility profiling methods 的方法導(dǎo)論文章。該文章對(duì)目前在染色質(zhì)可及性技術(shù)中常用的生物化學(xué)方法以及隨后的高通量測(cè)序數(shù)據(jù)的生物信息學(xué)分析工具進(jìn)行了全面的綜述性比較與討論，并以參與生物體發(fā)育，進(jìn)化及疾病發(fā)生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子為例探討了不同實(shí)驗(yàn)方法的應(yīng)用場(chǎng)景。針對(duì)近年來(lái)興起并快速發(fā)展的單細(xì)胞技術(shù)，作者特別探討了單細(xì)胞測(cè)序在染色質(zhì)可及性研究中的應(yīng)用，并給出的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析的方法和建議。同時(shí)該文章概述了該技術(shù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的質(zhì)量，可重復(fù)性及存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，作者也客觀地概述并討論了該技術(shù)方法在深入理解基因調(diào)控這一復(fù)雜生物學(xué)過(guò)程中的局限性，認(rèn)為其它的輔助實(shí)驗(yàn)或數(shù)據(jù)諸如增強(qiáng)子-啟動(dòng)子臨近性，功能性轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合及調(diào)控等對(duì)于染色質(zhì)可及區(qū)域的理解和認(rèn)識(shí)有很大促進(jìn)作用。最后作者提出預(yù)想，認(rèn)為包括單分子，多組學(xué)和生物空間性研究方法等在內(nèi)的技術(shù)革新和改進(jìn)對(duì)于解密基因組調(diào)控的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)會(huì)帶來(lái)更深層次的認(rèn)識(shí)。雖然該文章在討論具體的應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)偏重于動(dòng)物研究，但對(duì)于越來(lái)越多的利用或想利用該技術(shù)的植物研究者來(lái)說(shuō)仍不失為一個(gè)很好的指導(dǎo)，畢竟技術(shù)是統(tǒng)一的，實(shí)驗(yàn)方法上可以根據(jù)各自的需要及目的作相應(yīng)調(diào)整。

染色質(zhì)由DNA及相關(guān)聯(lián)蛋白構(gòu)成，這些蛋白主要包括組蛋白，轉(zhuǎn)錄因子，染色質(zhì)修飾酶以及染色質(zhì)重塑復(fù)合體。真核生物基因組通常以核小體為單位進(jìn)行壓縮包裝，每個(gè)核小體含有大概147bp 纏繞在組蛋白八聚體上的DNA。但核小體在整個(gè)基因組上的分布卻并不均衡。而染色質(zhì)可及性，就是指染色質(zhì)的物理壓縮程度。在基因組上，活躍的順勢(shì)調(diào)控元件區(qū)域，核小體分布很少，相應(yīng)的染色質(zhì)壓縮程度降低，這些區(qū)域可利于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的結(jié)合及相互作用，因此成為 '可及染色質(zhì)區(qū)’。所以在基因組水平上的染色質(zhì)可及性圖譜可用于鑒定可能的組織或細(xì)胞特異的基因組調(diào)控區(qū)。另外，染色質(zhì)的翻譯后化學(xué)修飾，例如DNA甲基化，組蛋白甲基化和乙?；诓煌l(fā)育時(shí)期，不同細(xì)胞類(lèi)型中都處于動(dòng)態(tài)變化之中。這種翻譯后修飾也通常與染色質(zhì)的可及性相關(guān)并且可以反映特定基因組區(qū)域的功能。通常染色質(zhì)可及性的變化是由一類(lèi)先鋒轉(zhuǎn)錄因子所起始（關(guān)于先鋒轉(zhuǎn)錄因子研究實(shí)例，請(qǐng)點(diǎn)擊查看：Nature Comm. | 金潤(rùn)博士等揭示花發(fā)育基因LEAFY的先鋒轉(zhuǎn)錄因子特性及其生物學(xué)機(jī)制），隨后 '開(kāi)放的’ 染色質(zhì)使得更多轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合成為可能，進(jìn)而調(diào)控基因表達(dá)。

過(guò)去幾十年來(lái)，染色質(zhì)可及性圖譜的研究方法的發(fā)展主要圍繞染色質(zhì)對(duì)于不同酶（比如 DNase I 和轉(zhuǎn)座酶（Transposase））的物理可及性來(lái)對(duì)染色質(zhì)的可及區(qū)域進(jìn)行切割標(biāo)記這一基本原理。隨著高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，快速獲取基因組水平的染色質(zhì)可及位點(diǎn)的成本逐漸降低。目前依賴于DNase I的DNase-seq和依賴于轉(zhuǎn)座酶的ATAC-seq是兩種最常用染色質(zhì)可及性圖譜研究方法。其它一些演變形式的方法也可以從不同角度或水平來(lái)衡量染色質(zhì)的可及性或致密性（如核小體定位圖譜），比如基于DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的實(shí)驗(yàn)方法以及MNase-seq等等。更重要的是，近年來(lái)單細(xì)胞組學(xué)發(fā)展迅速，雖然目前單細(xì)胞水平的表觀遺傳研究相比于單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組研究在技術(shù)上還存在一些挑戰(zhàn)，但總歸聊勝于無(wú)，如今通過(guò)單細(xì)胞DNase-seq（scDNase-seq）和單細(xì)胞ATAC-seq（scATAC-seq），研究者們?cè)诟?xì)的細(xì)胞水平來(lái)研究復(fù)雜組織在不同生長(zhǎng)發(fā)育階段的染色質(zhì)可及性及動(dòng)態(tài)是完全可能的。另外值得一提的是，雖然染色質(zhì)可及性圖譜可當(dāng)作鑒定基因組調(diào)控區(qū)域，但該技術(shù)也有其自身的局限性。目前的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，如果想僅僅通過(guò)可及性數(shù)據(jù)把活躍開(kāi)放區(qū)域與具體而明確的靶基因關(guān)聯(lián)還是很有難度的。因此，其他支持性實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，比如多組學(xué)數(shù)據(jù)，增強(qiáng)子報(bào)告實(shí)驗(yàn)（enhancer-reporter assay）以及染色質(zhì)3D構(gòu)象圖譜等可有助于幫助鑒定與功能性染色質(zhì)可及區(qū)域關(guān)聯(lián)的靶基因。

圖一：染色質(zhì)可及性及核小體定位圖譜實(shí)驗(yàn)方法

結(jié)果的數(shù)據(jù)處理便是生物信息學(xué)施展拳腳的地方了。有大量的生物信息學(xué)工具被開(kāi)發(fā)用于相應(yīng)數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制和不同角度的分析。前期的數(shù)據(jù)處理通常包括質(zhì)量控制及去雜(QC and Trimming)、基因組比對(duì)(Genome Mapping)、數(shù)據(jù)過(guò)濾(Filtering)、測(cè)序峰富集（Peak Calling）及可視化 (Visualization)。下游的數(shù)據(jù)分析就可以根據(jù)不同的需求利用不同的工具進(jìn)行特定分析，最常見(jiàn)的是比較不同樣品或處理之間的可及性差異，這有些類(lèi)似于轉(zhuǎn)錄組研究中的差異基因分析；另外還有為peak添加基因組注釋、基序（Motif）富集分析、可視化；更進(jìn)一步還可以與多組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析來(lái)縮小靶基因范圍并構(gòu)建基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

圖二：染色質(zhì)可及性數(shù)據(jù)的一般分析流程

總之，該綜述是一篇關(guān)于染色質(zhì)可及性技術(shù)與實(shí)驗(yàn)的集成，對(duì)于需要利用該技術(shù)的研究者是一篇非常好的信息資源。該Nature新刊的發(fā)表宗旨是為了解決研究者在選擇實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析時(shí)提供全面而且明確的指導(dǎo)，從而增加科學(xué)研究的可重復(fù)性和可靠性。生命科學(xué)領(lǐng)域的研究者們可以經(jīng)常關(guān)注該期刊，或者考慮發(fā)表自己實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)哦！

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