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如何突破基因组/转录组研究瓶颈？——表观技术ATAC-seq带你上高分！
近年来，随着组学研究的成本不断降低，转录组、基因组等研究门槛也随之降低，相关数据呈爆发式增长，但这些数据能解释的生物学问题及深度仍然有限，且难以形成多组学研究的闭环。
因此，常有人提出疑问“我们已有基因组和转录组等数据，却无法有效解释表型差异的情况下，该怎么办？”
事实上，基因序列和表达量仅仅是复杂调控网络的其中一环，表观遗传等调控（如染色质可及性）才是决定‘基因何时何地激活’的关键开关。
染色质可及性（Chromatin Accessibility）指染色质结构的物理开放程度，决定了基因调控元件（如启动子、增强子等）能否被转录因子、RNA聚合酶等分子接近并激活或抑制基因表达。
染色质可及性在不同生物材料以及基因组的不同区域均可能存在差异，紧密压缩的 DNA通常处于转录不活跃的状态，相反，未被组蛋白包裹的 DNA 区域通常更”自由”，这些区域的基因转录更活跃。
图 全基因组水平上染色质可及性的动态分布
（Sandy L. Klemm, et al, 2019）
截至目前，染色质可及性研究的历史已经超过五十年，其研究方法和技术不断进步。
图 染色质可及性研究中的关键发现
（Chen Y, et al., 2024）
ATAC-seq全称是Assay for Transposase-Accessible Chromatin，是一种绘制全基因组范围内染色质可及性图谱的方法。该技术使用 Tn5转座酶对染色质可及性区域进行检测，常被用来比较不同组织器官、不同发育阶段或者不同品种材料间的表观遗传景观差异。
目前，ATAC-seq 技术已经应用到众多物种的染色质可及性研究中，包括动物、植物、原生动物、真菌等等……
图 应用ATAC-seq 数据的物种系统发育树
（Luo L,et al. , 2022）
从研究内容上看，ATAC-seq也已经应用到各种不同的研究方向，为解决各类科学问题提供有力支持。
以植物为例，ATAC-seq 常常联合RNA-seq去解析植物在生长发育、代谢调控、胁迫响应等过程中，染色质可及性对基因表达过程的调控机制。
发表时间：2024.11
研究团队：北京林业大学杜庆章团队
技术手段：ATAC-seq、WGBS、RNA-seq 等
研究背景：在诸多模式植物中，植物生长发育过程中所发生的表观遗传修饰机制已经得到广泛研究，然而，在木本植物中，表观遗传调控研究尤其是染色质可及性、以及DNA甲基化如何影响染色质可及性进而介导基因表达的研究尚未明晰。
研究团队：中山大学史俊鹏团队
技术手段：ATAC-seq、RNA-seq、WGS等
研究背景：在比较基因组研究中，尽管保守DNA序列对生物的重要性已知，但在植物中大量存在的调控序列仍然未知，且其受到的进化约束研究也不够充分。
图 种内限制的ACRs和驯化相关的ACRs的特征
参考文献：
Klemm SL, Shipony Z, Greenleaf WJ. Chromatin accessibility and the regulatory epigenome. Nat Rev Genet. 2019;20(4):207-220.
Chen Y, Liang R, Li Y, et al. Chromatin accessibility: biological functions, molecular mechanisms and therapeutic application. Signal Transduct Target Ther. 2024;9(1):340. Published 2024 Dec 4.
Luo L, Gribskov M, Wang S. Bibliometric review of ATAC-Seq and its application in gene expression. Brief Bioinform. 2022;23(3):bbac061.
He Y, Zhou J, Lv C, et al. Binding of PtoRAP2.12 to demethylated and accessible chromatin regions in the PtoGntK promoter stimulates growth of poplar. New Phytol. 2025;245(1):232-248.
Liu Y, Gao X, Liu H, et al. Constraint of accessible chromatins maps regulatory loci involved in maize speciation and domestication. Nat Commun. 2025;16(1):2477. Published 2025 Mar 12.
