改良UMI-ATAC-seq技術(shù)在提高開(kāi)放染色質(zhì)檢測(cè)靈敏度的應(yīng)用

Nature Commus: PippinHT助力UMI-ATAC-seq  技術(shù)，提高開(kāi)放染色質(zhì)的檢測(cè)靈敏度
 

通過(guò)轉(zhuǎn)座酶獲取開(kāi)放染色質(zhì)信息的測(cè)序技術(shù)，英文全稱為Assay for Transposase Accessible Chromatin using sequencing。ATAC-seq測(cè)序技術(shù)的常規(guī)流程大致是，細(xì)胞或組織樣本在核質(zhì)分離后，將細(xì)胞核單獨(dú)收集在一起，然后通過(guò)轉(zhuǎn)座酶對(duì)核內(nèi)的染色質(zhì)進(jìn)行打斷（轉(zhuǎn)座酶可以將自身結(jié)合的一段序列隨機(jī)插入到基因組中）。緊密包裹的染色質(zhì)DNA不會(huì)被轉(zhuǎn)座酶打斷，而開(kāi)放區(qū)域的染色質(zhì)DNA會(huì)被轉(zhuǎn)座酶隨機(jī)插入并打斷。將這些打斷后的DNA收集在一起進(jìn)行后續(xù)的建庫(kù)、測(cè)序和分析，即可得到開(kāi)放染色質(zhì)的信息（見(jiàn)Fig.1）。開(kāi)放性染色質(zhì)是指某個(gè)時(shí)間點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄的DNA區(qū)域，也被稱為可及性染色質(zhì)。
 

Fig.1  ATAC-seq技術(shù)示意圖
 

傳統(tǒng)ATAC-Seq測(cè)序技術(shù)的不足之處在于，由于存在PCR擴(kuò)增步驟，使用標(biāo)準(zhǔn)的ATAC-seq流程無(wú)法從PCR擴(kuò)增產(chǎn)生的PCR duplicates（NGS中由于PCR bias而產(chǎn)生的重復(fù)reads被稱作duplicates，它是正常測(cè)序過(guò)程中伴隨的一種冗余的誤測(cè)序產(chǎn)物，由于這些重復(fù)序列并不能帶來(lái)額外信息，相反會(huì)影響變異檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此下游生信分析中需要去除這些重復(fù)序列）中準(zhǔn)確地識(shí)別出獨(dú)立產(chǎn)生的相同Tn5插入。
 

改良的UMI-ATAC-seq測(cè)序技術(shù)

 

 

2020年11月份發(fā)表在Nature子刊《Communications Biology》上的一篇文章中，來(lái)自中國(guó)華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的科研工作者提出對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的ATAC-seq技術(shù)進(jìn)行改良，將帶有標(biāo)準(zhǔn)TruSeq測(cè)序接頭的獨(dú)特分子標(biāo)簽（Unique Molecular Identifiers ，簡(jiǎn)稱UMI）添加至標(biāo)準(zhǔn)的ATAC-seq流程中，即UMI-ATAC-seq測(cè)序技術(shù)（見(jiàn)Fig.2）。 具有相同UMI標(biāo)簽的完全相同的DNA片段是由同一來(lái)源模板經(jīng)過(guò)PCR擴(kuò)增產(chǎn)生的，而帶有不同UMI標(biāo)簽的完全相同的DNA片段則可能來(lái)自不同的細(xì)胞或基因組。因此該技術(shù)通過(guò)引入獨(dú)特的分子標(biāo)簽UMIs，能夠從PCR duplicates中準(zhǔn)確地識(shí)別出獨(dú)立產(chǎn)生（不同細(xì)胞/基因組來(lái)源的）的但是序列一致的 Tn5插入reads。他們隨后證明了UMI-ATAC-seq技術(shù)能夠更加準(zhǔn)確地量化染色質(zhì)的可及性/開(kāi)放性，并提高了轉(zhuǎn)錄本的識(shí)別靈敏度。該文章指出，UMI-ATAC-seq對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)的ATAC-seq技術(shù)，可以保留并識(shí)別出約20%被誤判為PCR duplicates的有用 reads，避免了有效信息的丟失。其中，文庫(kù)制備過(guò)程中的PCR擴(kuò)增產(chǎn)物，通過(guò)PippinHT實(shí)現(xiàn)180-600bp的片段選擇，繼而使用TruSeq測(cè)序引物，在illumina測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行測(cè)序分析。
 

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原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s42003-020-01403-4

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