SMAC-seq

SMAC-seq（single-molecule long-read accessible chromatin mapping sequencing）：单分子长片段染色质可及性测序，通过长读长纳米孔测序结合甲基转移酶标记开放染色质，在单分子水平直接读取外源甲基修饰标记的可及性信号。

一、技术原理

二、实验流程

三、技术优势

1. 单分子分辨率：可在单条 DNA 分子上同时捕获多个可及性区域

2. 长读长：能跨越数千碱基，揭示远距离顺式调控元件与靶基因的关联

3. 复杂区域解析：在重复序列或结构复杂区域表现优于短读长方法

4. 同步携带甲基化信息、全基因组序列信息、结构变异信息

Q1：SMAC-seq 技术原理是什么？

利用一种叫做 EcoGII 的甲基转移酶，专门在染色质中“开放”（可访问）的 DNA区域添加 m6A 外源甲基标记。随后，通过纳米孔测序技术对这些长片段 DNA 进行测序，因为纳米孔测序能够直接检测到这些甲基化修饰。通过分析单条 DNA 分子上的甲基化模式，研究人员就能在数十甚至数百 Kb 的长度范围内，以高分辨率绘制出染色质的开放区域和核小体的位置图谱。

Q2：SMAC-seq 如何实现染色质开放区与 DNA 甲基化信息同时捕获？

真核生物中，使用外源 m6A 甲基转移酶在染色质开放区域原位对 DNA 进行“假” 甲基化标记，然后将此“假”标记与真实的胞嘧啶甲基化（如 5mC）进行区分，从而在一次实验中获取两种信息。

Q3：SMAC-seq 技术适合哪些物种？

适合于缺乏内源性 6mA 修饰的真核生物。原因如下：

SMAC-seq 技术最初基于人类和酵母模型建立，其核心原理是利用外源 m6A 甲基转移酶对染色质开放区域进行特异性标记。该策略依赖于真核生物基因组中内源性 m6A（6mA）修饰丰度极低的分子背景，及 5mC 等其它常见甲基化形式的存在并不干扰m6A 标记系统的特异性这一技术背景。因此，在缺乏内源性 6mA 修饰的真核细胞中，该技术可实现高效且特异的染色质可及性标记。若要将该技术拓展至真核生物以外的物种，则需根据目标生物的表观遗传背景重新设计与筛选适配的外源甲基转移酶，以避免内源修饰信号的干扰。

利用Nanopore测序技术同步测绘完整植物基因组中的染色质可及性与DNA甲基化

（Nucleic acids research, 2024）

本研究开发并应用了SMAC-seq同类技术，在单分子水平上同时检测染色质可及性和内源性DNA甲基化。成功在拟南芥和玉米中获得了全基因组范围的高分辨率染色质可及性与DNA甲基化图谱，发现着丝粒核小体具有独特的可及性和甲基化模式；识别了转录因子结合位点的DNA足迹；揭示了具有双重染色质标记的区域存在显著的细胞异质性；并发现玉米中高度可及的转座子富集mCHH甲基化，可能具有调控功能，突破了短读长测序在重复序列区域的限制。

图 拟南芥染色质状态的可及性和 DNA 甲基化景观

参考文献：

Leduque, Basile et al. Simultaneous profiling of chromatin accessibility and DNA methylation in complete plant genomes using long-read sequencing. Nucleic acids research. 2024.