自人类基因组计划草图公布以来，研究人员便逐步发现，基因组中存在数量庞大的非编码元件。这类曾被普遍视为“垃圾 DNA”的非编码序列，如今已被证实在基因表达的调控过程中扮演着不可或缺的关键角色。基于此，在完成特定物种的基因组组装与编码基因注释工作后，不少科研人员已将研究焦点逐步转移至非编码调控元件的系统性解析上。鉴于这类元件在组织分布和时空表达上展现出极强的特异性——即在不同组织/环境背景/发育阶段下，其活性与功能存在显著差异，因此科研人员通常会通过检测相应条件下样本的染色质状态，进而构建物种的表观遗传图谱，或开展多维度的表观多组学研究，最终为更全面、深入地揭示非编码调控元件的生物学功能提供依据。

本期我们整理了2025年截止当前具有代表性的高分表观组学领域研究成果，主要涵盖植物的环境响应、进化，人类发育、疾病、癌症、免疫等方向，帮助大家更好地理解当前表观组学技术（如ATAC-seq、CUT&Tag、甲基化检测等）在科研中的实际应用。

文献案例1 水稻根系初级氮响应背后的染色质可及性动态与转录调控网络-【环境响应研究】

文章标题：Chromatin accessibility dynamics and transcriptional regulatory networks underlying the primary nitrogen response in rice roots

发表期刊：Plant Commun

发表时间：2025.06

影响因子：11.6

样本设计：籼稻、粳稻、转基因株系，不同时间氮处理

表观组学技术：ATAC-seq、CUT&Tag等

表观组关键结论：

1. 氮复供后水稻根系染色质可及性与基因表达呈协同级联变化，染色质状态改变常先于转录变化，共鉴定 150535 个可及性染色质区域，且氮吸收代谢基因启动子及基因体区域可及性显著提升；明确了氮响应中染色质层面的动态调控规律与关键调控区域，填补了“表观调控如何影响氮响应基因表达”的空白。

2. 通过CUT&Tag验证了OsLBD39 可直接结合 OsAMT1.3 等氮代谢基因调控区域（富集 ERF、PCF 基序），OsbZIP23 可直接结合 OsAMT1.2 等基因启动子的 bZIP 基序，且二者结合位点与 ATAC-seq 鉴定的可及性区域高度重叠，同时证实 OsLBD39 对 OsLBD37/38 的相互调控；直接印证了核心调控因子与氮代谢基因的直接互作关系，完善了“染色质可及性变化-转录因子结合-基因表达调控”的逻辑链，明确了 OsLBDs、OsbZIP23 在氮响应网络中的核心作用，为改良氮利用效率提供靶点目标。

图 水稻根系初级氮响应中染色质的可及性和转录组的动态变化

文献案例2 玉米染色质可及性图谱揭示物种形成与驯化的调控位点-【进化研究】

文章标题：Constraint of accessible chromatins maps regulatory loci involved in maize speciation

and domestication

发表期刊：Nat Commun

发表时间：2025.03

影响因子：15.7

样本设计：玉米B73的12种组织等

表观组学技术：ATAC-seq、ChIA-PETs、Hi-ChIP等

表观组关键结论：

该研究通过构建玉米 12 种主要组织的多组织可及染色质图谱（含 8 万余个 ACRs），结合跨物种与种内比较分析，发现玉米 ACR 进化快于编码基因，近 1/3 为玉米特有且由转座子驱动创新，还鉴定出 856 个可能参与玉米驯化的 ACR，揭示了 ACR 在亚基因组优势维持（如 m1 亚基因组 ACR 更多）及复杂性状调控（性状关联 SNP 在 ACR 中富集）中的作用。其意义在于建立植物调控序列进化分析框架，为玉米育种提供候选调控位点，助力解析玉米物种形成与驯化的分子机制。

图 玉米多组织染色质可及性图谱

文献案例3 绘制人类星形胶质细胞发育轨迹揭示胶质母细胞瘤中的分化异常-【发育研究】

文章标题：Mapping the developmental trajectory of human astrocytes reveals divergence

in glioblastoma
发表期刊：Nat Cell Biol

发表时间：2025.01

影响因子：19.1

样本设计：体外类器官模型、临床 GBM 组织及胎儿皮质组织等

表观组学技术：ATAC-seq、MeDIP-seq、hMe-Seal-seq

表观组关键结论：

1. 通过ATAC-seq揭示人类星形胶质细胞成熟过程中染色质可及性呈显著阶段特异性变化：早期富集增殖相关基因位点，中期富集 SOX9、OLIG2 等胶质分化 TF 结合位点，晚期则富集成熟功能基因位点，同时 IDHwt GBM 肿瘤星形胶质细胞多对应早/中期染色质可及性特征，边缘细胞更接近中/晚期，还鉴定出 POU3F2、MYCN 等在肿瘤细胞中 motif 可及性异常的成熟调控 TF；不仅清晰勾勒出星形胶质细胞正常成熟的染色质动态轨迹，更从表观遗传层面直接明确了 IDHwt GBM 星形胶质细胞谱系细胞偏离正常中晚期成熟程序、滞留于早中期发育状态的异常节点，同时锁定了调控该异常的关键 TF。

2. IDH1mt 与 IDHwt 肿瘤及边缘组织的 5mC、5hmC 特征差异显著 ——IDH1mt 肿瘤中成熟基因（如 NTRK2）基因体 5hmC 水平更高，IDHwt 肿瘤中未成熟基因（如 EGFR）5hmC 水平更高，且 D2HG 可通过异常 TET 介导的 5hmC 调控，抑制星形胶质细胞未成熟基因表达、推动其成熟；既从 DNA 修饰层面明确了不同基因型 GBM 星形胶质细胞的发育差异，又阐明了 D2HG 影响肿瘤细胞成熟的表观机制，为研究“靶向发育相关表观程序治疗 GBM”提供了关键证据。

图 人类星形胶质细胞成熟的分子轨迹

文献案例4 急性髓系白血病（AML）的表观基因组诊断与预后研究-【疾病研究】

文章标题：Epigenomic diagnosis and prognosis of Acute Myeloid Leukemia

发表期刊：Nat Commun

发表时间：2025.07

影响因子：15.7

样本设计：白血病患者骨髓和外周血样本等

表观组学技术：Nanopore DNA甲基化检测、甲基化芯片等

表观组关键结论：

1. 基于 11 个队列 3314 例样本的 331556 个 CpG 位点 DNA 甲基化数据，通过 PaCMAP 降维构建的急性白血病甲基化图谱（ALMA）可区分 AML、ALL 等多种疾病亚型及正常对照，开发的 ALMA Subtype 诊断模型能准确预测 27 种 WHO 2022 AML 亚型及正常对照且可补充无 WHO 2022 注释样本的亚型诊断，建立的 AML Epigenomic Risk 和 38-CpG AML预后模型能显著区分儿童与成人 AML 患者 5 年 OS/EFS 风险。

2. 基于长读长纳米孔测序的 “样本到结果” 流程则实现表观基因组信号与基因组病变的高度一致检测，不仅解决了当前 AML 诊断中疾病异质性捕捉不足、预后分层不精准及临床表观组学应用缺失的问题，更为 AML 精准的表观基因组诊断与预后评估提供核心技术支撑。

图 急性白血病甲基组图谱研究及长读长纳米孔测序管道的临床应用

文献案例5 三阴性乳腺癌（TNBC）的 DNA 甲基化图谱研究-【癌症研究】

文章标题：The DNA methylation landscape of primary triple-negative breast cancer

发表期刊：Nat Commun

发表时间：2025.03

影响因子：15.7

样本设计：TNBC 患者样本等

表观组学技术：ATAC-seq、H3K27Ac ChIP-seq、甲基化检测芯片等

表观组关键结论：

1. TNBC 中，与 ATAC 峰（开放染色质）重叠的远端低 CpG 密度区域 CpG 甲基化变异高、富集特定转录因子结合位点，且 non-Basal（尤其 LAR）细胞中 FOXA1/GATA3 相关 CpG 簇染色质更开放、PD-L1/PD-L2 高表达细胞系中其附近 CpG 位点染色质开放；明确该类 CpG 是捕捉 TNBC 基因调控信息的关键，为精准划分表观亚型、解析染色质状态差异提供核心依据。

2. 管腔祖细胞中，TNBC 关键远端 ATAC CpG 簇的 H3K27Ac（活性增强子标记）信号显著升高、免疫细胞中信号低，且 Basal 亚型免疫相关 CpG-gene 对在管腔祖细胞中富集H3K27Ac 信号；明确了TNBC 关键表观调控区域主要作用于肿瘤/上皮细胞。

3. 经肿瘤纯度校正，TNBC 可分为Basal/non-Basal 表观亚型，Basal 亚型 FOXA1 启动子高甲基化、non-Basal2（富集 LAR）FASN 启动子低甲基化，Basal3 亚群 PD-L1/PD-L2 附近 CpG 低甲基化与 PD-L1 高表达相关；最终建立了可靠的 TNBC 表观分型体系，为精准分型、解析调控机制及挖掘治疗靶点奠定基础。

图 TNBC 中的 CpG 背景和 DNA 甲基化差异

文献案例6 T细胞命运决定的表观遗传图谱-【免疫研究】

文章标题：The epigenetic landscape of fate decisions in T cells

发表期刊：Nat Immunol

发表时间：2025.03

影响因子：27.6

样本设计：不同阶段T 细胞及亚型样本

表观组学技术：ATAC-seq、Nanopore DNA甲基化检测、ChIP-seq/CUT&RUN等

表观组关键结论：

1. ATAC-seq 揭示了 T 细胞不同阶段/亚型染色质可及性动态（如 TCF-1 介导 ETPs 染色质开放、NR4A 调控耗竭 CD8⁺T 细胞可及性），为明确转录因子调控 T 细胞命运的表观遗传基础提供证据。

2. 通过ChIP/CUT&RUN 定位 T 细胞中特定组蛋白修饰及转录因子结合区域（如 BCL11B 介导 DN2-DN3 染色质重排），助力解析“表观标记 - 转录调控 - 细胞命运”关联，为识别关键表观靶点提供支撑。

3. DNA 甲基化调控 T 细胞谱系分化（如 Cd4 基因座甲基化影响 CD4/CD8 命运），DNMT 抑制剂可改善抗肿瘤免疫，既明确其调控机制，也为靶向 DNA 甲基化的免疫治疗提供理论依据。

图 胸腺 T 细胞发育的表观遗传机制

参考文献：

[1] LI W, ZHU X, YANG J, et al. Chromatin accessibility dynamics and transcriptional regulatory networks underlying the primary nitrogen response in rice roots[J]. Plant Commun, 2025, 6(7):101392.

[2] LIU Y, GAO X, LIU H, et al. Constraint of accessible chromatins maps regulatory loci involved in maize speciation and domestication[J]. Nature Communications, 2025, 16(1):2477.

[3] SOJKA C, WANG H V, BHATIA T N, et al. Mapping the developmental trajectory of human astrocytes reveals divergence in glioblastoma[J]. NATURE CELL BIOLOGY, 2025, 27(2):347-359.

[4] MARCHI F, SHASTRI V M, MARRERO R J, et al. Epigenomic diagnosis and prognosis of Acute Myeloid Leukemia[J]. Nature Communications, 2025, 16(1):6961.

[5] AINE M, NACER D F, ARBAJIAN E, et al. The DNA methylation landscape of primary triple-negative breast cancer[J]. Nature Communications, 2025, 16(1):3041.

[6] JAY A, PONDEVIDA C M, VAHEDI G. The epigenetic landscape of fate decisions in T cells[J]. NATURE IMMUNOLOGY, 2025, 26(4):544-556.