NEB全球首推甲基化领域的颠覆性技术革新:一种高效替代重亚硫酸盐转化的酶学转化法!

正虽然重亚硫酸盐测序是研究DNA甲基化的金标准,但这种转化方式会对DNA造成损伤,导致DNA断裂、丢失和GC偏嗜。NEBNext酶学转化法甲基化建库试剂盒(EM-seq~(TM))提供了一种酶学方法代替全基因组重亚硫酸盐处理DNA (WGBS)的方法,并结合高效流程化的建库步骤,适用于Illumina平台测序。高效的EM-Seq酶促转化可最大程度地减少对DNA的损伤,结合提供的NEBNext UltraⅡ文库制备流程,最终产生的高质量文库可以从有限的测序数据中更灵敏的检测到5-mC和5-hmC。     

血浆游离DNA全基因组甲基化测序的实用稳定性评估

随着液体活检技术的发展,血浆游离DNA成为当前的研究热点之一。血浆游离DNA的全基因组甲基化测序被认为在癌症检测等医学应用拥有巨大潜力,但目前尚缺乏针对该实验流程的实用稳定性评估。文中利用两名志愿者在不同时间采样的血浆游离DNA,在不同实验平台分别进行DNA甲基化的重亚硫酸盐转化前建库(Pre-BS)、转化后建库(Post-BS)和常规DNA建库,获取多因素影响下的测序数据样本。在此基础上,建立了一套血浆游离DNA测序数据分析的质量控制参考流程,综合评估了血液采集提取、游离DNA建库测序过程的实用稳定性,为血浆游离DNA全基因组甲基化测序应用于临床液体活检提供实用性的基础参考。     

DNA甲基化分析中重亚硫酸盐处理DNA转化效率的评估方法

为建立一种评估重亚硫酸盐处理DNA样本后胞嘧啶转化效率的有效方法,以两组不同的TaqMan qPCR检测梯度稀释的重亚硫酸盐处理和未处理的DNA标准品,建立转化与未转化的DNA Ct值以及对应的DNA拷贝数的标准曲线。使用相同的探针定量检测重亚硫酸盐处理后的DNA样本评估转化效率。结果显示该方法应用两组探针,根据相应的标准曲线,精确评估样本经重亚硫酸盐处理的转化效率。使用已知转化和未转化拷贝数的混合DNA作为模板,证实了该方法的可靠性。同时也对不同重亚硫酸盐试剂盒处理DNA的转化效率进行了评估,结果显示,该方法能够有效地评估DNA样品重亚硫酸盐的转化效率,为DNA甲基化准确分析提供了可靠快捷的方法。     

植物DNA甲基化及其研究策略

DNA甲基化是表观遗传学研究的热点问题之一, 植物DNA甲基化的研究对植物研究领域的发展有着举足轻重的作用。本文阐述了植物DNA甲基化的相关机制, 其中包括RdDM(RNA-dependent DNA methylation)、DNA 甲基化与组蛋白修饰 以及DNA 去甲基化等近几年研究的热点问题; 讨论了DNA甲基化在植物发育中的功能(包括基因组防御和调控基因表达)、DNA甲基化与转基因沉默的关系以及其在表观遗传学中的地位。最后就目前国内外研究植物DNA甲基化所采取的常用策略,即高效液相色谱法、亚硫酸盐测序法、甲基化敏感的限制性内切酶结合Southern杂交分析法和MSAP(methylation-sensitive amplified Polymorphism)法进行了详尽的介绍和讨论。     

一种用于DNA甲基化分析的改进型亚硫酸氢盐转化法

DNA甲基化分析是认识生理、病理条件下基因表达变化的重要途径.亚硫酸氢盐转化是DNA甲基化分析的瓶颈.本文旨在改进琼脂糖 亚硫酸氢盐DNA处理方案(agarose bisulfite method),建立一种简便稳定、适合常规甲基化分析的亚硫酸氢盐转化法.把DNA包入普通琼脂糖,以饱和亚硫酸氢盐在较高的温度下快速处理,然后用离心柱型琼脂糖凝胶DNA回收试剂盒,集DNA凝胶回收、脱盐、脱磺基和纯化于一体,完成整个转化过程.Bisulfite-PCR、克隆测序和酶切法分析转化率、转化特异性和转化物的质量.用该方案处理的HeLa细胞DNA,多个片段的转化率均大于98%,甲基化片段96.2%的CpG保持不变,可以扩增605 bp的较大片段,灵敏度介于普通法和琼脂糖亚硫酸氢盐法之间,而重复性较二者都好.改良后的方案简化了操作流程,快速稳定,易学易用,可实现高效特异转化,适合于一般实验者对常规检材进行DNA甲基化分析.     

植物DNA甲基化及其研究策略

DNA甲基化是表观遗传学研究的热点问题之一,植物DNA甲基化的研究对植物研究领域的发展有着举足轻重的作用。本文阐述了植物DNA甲基化的相关机制,其中包括RdDM（RNA—dependent DNA methylation）、DNA甲基化与组蛋白修饰以及DNA去甲基化等近几年研究的热点问题：讨论了DNA甲基化在植物发育中的功能（包括基因组防御和调控基因表达）、DNA甲基化与转基因沉默的关系以及其在表观遗传学中的地位。最后就目前国内外研究植物DNA甲基化所采取的常用策略,即高效液相色谱法、亚硫酸盐测序法、甲基化敏感的限制性内切酶结合Southern杂交分析法和MSAP（methylation—sensitive amplified polymorphism）法进行了详尽的介绍和讨论。     

高通量DNA甲基化数据的处理和分析方法

DNA甲基化作为一种表观遗传学修饰,在调控基因表达、X染色体失活、印记基因等方面都发挥着重要的作用.不同的DNA甲基化的预处理方法结合二代测序产生了大量的高通量甲基化数据,这些数据的存储、处理和分析是当前亟需解决的问题.在本文中,总结了目前存在的三种高通量DNA甲基化检测技术（限制性内切酶法,亲和纯化法,重亚硫酸盐转换法）,以及针对这些技术产生的高通量数据开发的存储、处理和分析工具.另外,还注重介绍了单碱基水平的DNA甲基化检测技术,BS-Seq的测序原理、数据处理流程以及后续的分析工具.     

Hi-Meth：特定位点DNA甲基化高通量检测平台

胞嘧啶甲基化是DNA表观遗传修饰的主要类型之一,在维持正常细胞功能和调控基因表达中具有重要作用。重亚硫酸盐测序法(bisulfite sequencing PCR,BSP)是特异性位点DNA甲基化检测的通用方法,能明确目的片段中每一个CpG位点的甲基化状态,但此方法需要大量的单克隆测序,操作过程较繁琐、成本昂贵。因此,开发准确、高效、便捷的DNA甲基化检测技术对提升表观遗传研究效率具有重要意义。基于本课题组开发的高通量突变类型检测平台Hi-TOM (high-throughput tracking of mutations),我们进一步建立了特定位点DNA甲基化高通量检测平台Hi-Meth (high-throughput detection of DNA methylation)。DNA样品通过重亚硫酸盐处理之后,仅需一轮PCR扩增即可通过Hi-Meth平台获得特定位点DNA甲基化分析结果。利用Hi-Meth平台,对水稻不同基因启动子区域进行了DNA甲基化检测分析,并与基于BSP方法获得的结果进行了比较。结果表明,Hi-Meth策略与BSP策略检测结果基本一致。而且通过Hi-Meth平台可以更准确、便捷地获得特异性位点DNA甲基化分析结果。综上所述,Hi-Meth为特定DNA区域提供了重要的甲基化检测平台,对表观遗传研究具有重要意义。     

机械伤害处理橡胶树萌条树皮的DNA甲基化分析

该研究采用甲基化敏感扩增多态性技术,分析了机械伤害处理橡胶树萌条树皮的DNA甲基化的变化。结果显示：（1）与对照相比,伤害后0.5和2 h,DNA甲基化水平略有上升;伤害后48 h的DNA甲基化水平出现了较大幅度的下降。（2）甲基化变化类型分析表明,在伤害2 h主要发生了DNA的甲基化;伤害后48 h,主要发生了DNA的去甲基化。（3）差异甲基化位点的回收、测序及注释表明,ATP合酶F1亚基1、磷酸核糖胺 甘氨酸类连接酶、冷激结构域蛋白3、光系统II 47 kD 蛋白、E3泛素蛋白连接酶RING1、NADH泛醌氧化还原酶和一些假定蛋白参与了伤害的响应。（4）经重亚硫酸盐测序验证,ATP合酶F1亚基1和NADH泛醌氧化还原酶的CCGG位点发生了去甲基化。研究推断DNA的甲基化可能参与了橡胶树萌条对机械伤害的响应。     

斜纹夜蛾核型多角体病毒Ⅱ型DNA甲基化研究

目的:检测斜纹夜蛾核型多角体病毒Ⅱ型是否存在DNA甲基化。方法:选取SpltNPVⅡ的DNA聚合酶序列以及全序中其它三段序列,利用亚硫酸盐修饰直接测序法进行甲基化检测实验。结果:DNA聚合酶中共有246处CG,14处发生甲基化,全序中选取的三段序列只有一段发生3处甲基化。结论:实验表明,SpltNPVⅡ中存在DNA甲基化,其DNA聚合酶甲基化程度高于其它三段序列,且不同序列的甲基化程度不一样,这为以后该病毒的表观遗传学进一步研究奠定了基础。     

雄激素非依赖性前列腺癌细胞株BCL2和GRB10基因启动子区甲基化研究

目的 探讨基因甲基化在雄激素非依赖性前列腺癌(androgen-independent prostate cancer,AIPC)转化过程中可能的作用.方法 采用重亚硫酸盐测序PCR(bisulfite genomic sequencing PCR,BSP)联合TA克隆测序检测雄激素依赖性前列腺癌(androgen-dependent prostate cancer,ADPC)细胞株LNCaP和雄激素非依赖性前列腺癌细胞株LNCaP-AI(androgen independent)中生长因子受体结合蛋白10(growth factor receptor-bound protein 10,GRB10)和B细胞性淋巴瘤/白血病-2基因(B-cell lymphoma/leukaemia-2 gene,BCL2)的甲基化状态.结果 GRB10基因在LNCaP-AI细胞和LNCaP细胞中的甲基化率分别为9.6％、7.4％;BCL2基因在LNCaP-AI细胞和LNCaP细胞中的甲基化率分别为14.7％、25.3％,这两个基因在LNCaP细胞和LNCaP-AI细胞的甲基化率差异无统计学意义(P＞0.05).结论 GRB10和BCL2基因的异常表达与基因甲基化无明显相关,而二者是否参与到前列腺癌激素非依赖性到转化过程以及具体机制有待进一步研究.     

DNA甲基化对牛Igf-2r表达的影响及其在克隆牛发育中的作用

目前认为克隆效率低的主要原因是供体核的不完全重编程导致发育过程中一些重要的基因异常表达。运用DNA甲基化转移酶抑制剂5′-脱氧胞苷(5′-azacytidine,5′-aza)处理MDBK细胞(牛肾上皮细胞),并通过实时荧光定量PCR方法对Igf-2r基因的表达进行了定量分析;在此基础上,应用亚硫酸盐甲基化测序法检测正常牛及克隆牛脑、肺、心、肝组织Igf-2r印迹调控区DMR2(DNA differentially methylated region,DMR)及非印迹调控区3′-UTR(3′-untranslated region,UTR)的DNA甲基化水平。研究发现,5′-aza处理MDBK细胞后,Igf-2r基因的表达上调。正常牛各组织中Igf-2r DMR2区的DNA甲基化程度差异较大,3′-UTR区较稳定;与正常牛相比,克隆牛DMR2区的甲基化程度变化较大,3′-UTR区无显著性变化。结果表明,DNA甲基化修饰影响Igf-2r基因的表达。正常牛不同组织中Igf-2r基因DMR2区的DNA甲基化程度不同,提示Igf-2r基因的印迹调控方式在不同组织中可能不同。克隆牛发育过程中,调控Igf-2r基因印迹的DMR2表观结构被明显改变,而非印迹调控区3′-UTR则无明显变化,提示Igf-2r基因印迹调控区被破坏,很可能是导致克隆牛发育异常的一个重要原因。     

昆虫DNA甲基化的研究进展

DNA甲基化是表观遗传学的一个分支学科,因其在调控基因表达和生物体许多生理生化过程具有重要的作用,近年来逐渐受到广泛关注。昆虫由于种类繁多,变态发育和表型复杂,研究DNA甲基化的功能具有重要的意义。昆虫DNA甲基化需要由DNA甲基化转移酶(Dnmts)参与完成,其数量和结构在不同物种中差异较大。大多数昆虫均具有维持DNA甲基化水平的Dnmt1,缺乏行使从头DNA甲基化功能的Dnmt3,Dnmt2(也称为TRDMT1)虽保守存在但其DNA结合的能力极其微弱。昆虫DNA甲基化的总体水平较低,并且呈现不同龄期和组织的时空分布特异性。在昆虫基因组中,以外显子区的DNA甲基化水平最为显著,具有增强基因表达的功能,表现出在序列保守和广泛表达的基因中水平高、在特异表达的基因中水平低的进化特征。目前用于研究昆虫DNA甲基化的方法主要有生物信息学预测和甲基化特异限制性内切酶、甲基化敏感扩增多态性、基因组DNA甲基化测序等实验研究方法。本文就昆虫DNA甲基化转移酶的特性、DNA甲基化的分布与进化及其研究方法进行综述,旨在深入了解昆虫DNA甲基化的研究现状及其重要作用,为促进该研究领域的发展提供新的思路和方法。     

矩阵设计检测金针菇转化子外源DNA插入位点

插入位点分析对于金针菇功能基因组学的研究极为重要,分析方法常用反向PCR、热不对称交错PCR、Tail-PCR、染色体步移等,存在操作复杂、消耗时间长、特异性较差、效率低等缺点。近年来开始应用基因组重测序的方法,对转化子逐一测序与分析,工作量较大、费用较高。本研究应用矩阵设计,把多个转化子的DNA混合构成样品池,重测序后分析插入位点,M个样品池的测序数据可分析M×(M+1)/2个转化子的插入位点。应用矩阵设计构建6个样品池检测21个转化子,获得21个插入位点,表明这种方法可行、适合大样本分析,如突变体库。     

纳米孔基因测序技术在DNA甲基化修饰检测中的应用研究进展

DNA甲基化是最常见的表观遗传修饰类型之一,其中哺乳动物基因组中最常见的5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC)甲基化修饰参与了许多重要的生命活动,其含量的异常与疾病,尤其是癌症的发生发展密切相关。当前检测5mC修饰最常用的方法是基于亚硫酸氢盐转化的第二代基因测序技术,该方法虽然转化效率高且测定准确,但仍然存在不足之处,包括DNA分子降解、处理过程繁杂、测序读长较短、检测特异性不高等。近些年发展起来的纳米孔基因测序技术凭借其能对DNA修饰直接进行检测,且具有读长长、通量高、速度快等特点,在DNA表观遗传修饰检测方面展现了良好优势。本文对DNA的5mC修饰的形成及其经典的检测方法进行了简要介绍,并重点介绍了纳米孔基因测序技术在DNA的5mC修饰检测中的应用研究进展。     

转基因克隆牛胎盘中印迹基因PEG10的DNA甲基化水平

低效率的体细胞核移植技术显著制约着该技术在转基因动物生产上的广泛应用。目前认为供体细胞核不能被受体卵母细胞胞质完全的表观重编程是其效率低下的最主要原因,而DNA甲基化是基因表观修饰的主要方式之一。为了探求转基因克隆牛的死亡是否与其胎盘中印迹基因的甲基化的重编程程度相关,文章通过亚硫酸氢盐测序法(Bisulfite sequencing PCR,BSP)和亚硫酸氢盐联合限制性内切酶分析法(Combined bisulfite restriction analysis,COBRA),对印迹基因PEG10在围产期死亡且存在发育缺陷的转基因克隆牛的胎盘(死亡组)和存活的转基因克隆牛的胎盘(存活组)与正常对照牛胎盘(对照组)的DNA甲基化水平进行了详细的比较。结果发现,与对照组相比,PEG10基因在死亡组上表现出异常的超甲基化水平,而存活组与对照组相比无显著性差异。研究结果显示,胎盘中印迹基因的DNA甲基化表观重编程不彻底可能是导致转基因克隆牛发育异常进而死亡的主要原因之一。     

人胃癌Ha-ras基因及上游区片段甲基化对转化效率及表达的影响

 本文将克隆于pBR322的人胃癌Ha-ras基因(PGC6.6)和带有上游区片段的Ha-ras基因(PGC9.1)的CC~*GG位点甲基化后,转化NIH3T3细胞。发现pGC6.6甲基化与非甲基化对转化效率无明显影响,而pGC9.1甲基化后转化效率明显低于非甲基化pGC9.1者,甲基化/非甲基化pGC9.1的转化效率均明显高于甲基化/非甲基化pGC6.6者。本文又对人胃癌组织及癌旁组织DNA中Ha-ras基因的HpaⅡ、Msp Ⅰ限制性内切酶图谱作了比较,并同对比较了癌及癌旁组织中Ha-ras基因的mRNA水平,发现一例病人癌组织中Ha-ras基因的CC~*GG位点甲基化程度较癌旁组织中者低,且该例中Ha-ras基因表达水平在癌组织中明显地高。这些结果,结合我们以前的研究表明:在人胃Ha-ras癌基因上游区可能存在一增强子样作用的区域,对Ha-ras基因起调控作用。该上游区CC~*GG位点的甲基化能降低这种调控作用。仅Ha-ras结构基因的CC~*GG位点甲基化不足以明显影响其转化活性。在体内,Ha-ras基因甲基化水平降低可能与其达表水平升高以至诱发癌症有关。     

下一代测序技术在表观遗传学研究中的重要应用及进展

下一代测序技术(Next generation sequencing,NGS)的出现,极大地促进了表观遗传学的研究。将NGS技术引入表观遗传学,便形成了以NGS为基础的各种表观遗传学测序及研究方法,如:全基因组亚硫酸氢盐测序法(Whole genome bisulfite sequencing,WGBS)、简化代表性亚硫酸氢盐测序法(Reduced representation bisulfite sequencing,RRBS)、甲基化DNA免疫共沉淀测序(Methylated DNA immunoprecipitationsequencing,MeDIP-seq)、染色质免疫共沉淀测序(Chromatin immunoprecipitation-sequencing,ChIP-seq)、Tet辅助重亚硫酸盐测序法(Tet-assisted bisulfite sequencing,TAB-seq)、各种染色体构象捕获测序(Chromosome conformation capture sequencing,3C-seq)技术、DnaseⅠ-seq/MNase-seq/FAIRE-seq以及RNA测序(RNA sequencing,RNA-seq)。这些方法的应用和普及改变了人们对多种表观遗传现象的传统认识,使研究人员能够更加全面地深入了解各种表观遗传标志在机体内的广泛分布,以及如何在外界因素的影响下发生相应的动态变化。文章概述了当今主要商业NGS平台的原理和特点,系统介绍了以NGS方法为基础衍生出来的各种表观遗传学测序及研究方法,并在此基础上对近年来应用NGS技术在表观遗传学研究领域中取得的最新研究成果进行了综述。     

DNA甲基化对牛lgf-2r表达的影响及其在克隆牛发育中的作用

目前认为克隆效率低的主要原因是供体核的不完全重编程导致发育过程中一些重要的基因异常表达。运用DNA甲基化转移酶抑制剂5＇-脱氧胞苷（5＇-azacytidine,5＇-aza）处理MDBK细胞（牛肾上皮细胞）,并通过实时荧光定量PCR方法对lgf-2r基因的表达进行了定量分析;在此基础上,应用亚硫酸盐甲基化测序法检测正常牛及克隆牛脑、肺、心、肝组织lgf-2r印迹调控区DMR2（DNA differentially methylated region,DMR）及非印迹调控区3＇-UTR（3＇-untranslated region,UTR）的DNA甲基化水平。研究发现,5＇-aza处理MDBK细胞后,lgf-2r基因的表达上调。正常牛各组织中lgf-2rDMR2区的DNA甲基化程度差异较大,3＇-UTR区较稳定;与正常牛相比,克隆牛DMR2区的甲基化程度变化较大,3＇-UTR区无显著性变化。结果表明,DNA甲基化修饰影响lgf-2r基因的表达。正常牛不同组织中lgf-2r基因DMR2区的DNA甲基化程度不同,提示lgf-2r基因的印迹调控方式在不同组织中可能不同。克隆牛发育过程中,调控lgf-2r基因印迹的DMR2表观结构被明显改变,而非印迹调控区3＇-UTR则无明显变化,提示lgf-2r基因印迹调控区被破坏,很可能是导致克隆牛发育异常的一个重要原因。     

哺乳动物DNA甲基化修饰的动态调控机制

DNA甲基化是最主要的表观遗传修饰之一,主要发生在胞嘧啶第五位碳原子上,称为5-甲基胞嘧啶。哺乳动物DNA甲基化由从头DNA甲基转移酶DNMT3A/3B在胚胎发育早期建立。细胞分裂过程中甲基化模式的维持由DNA甲基转移酶DNMT1实现。TET家族蛋白氧化5-甲基胞嘧啶成为5-羟甲基胞嘧啶、5-醛基胞嘧啶和5-羧基胞嘧啶,从而起始DNA的去甲基化过程。这些DNA甲基化修饰酶精确调节DNA甲基化的动态过程,在整个生命发育过程中发挥重要作用,其失调也与多种疾病发生密切相关。本文对近年来DNA甲基化修饰酶的结构与功能研究进行讨论。