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武汉爱基百客生物科技有限公司(简称爱基百客),注册于2014年12月31日,次年10月正式开始对外运营,是一家专业提供表观组学技术服务、高通量测序、单细胞测序分析的新型生物科技服务企业。

公司总员工已达到百余人,其中95%以上具有学士学位,40%以上具有硕士及以上学位,专职科研人员20余人,专职销售人员30余人,覆盖全国90%的省市,核心成员来自国内知名高效、基因测序公司、信息分析公司等。

公司运营至今销售额累积1亿左右,成为国内成长最迅速的二代测序与生物科研服务企业之一。




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客户文章 | 全基因组甲基化测序联合转录组揭示黄鳝性反转的表观遗传信息

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发表单位:上海海洋大学食品科学学院

发表日期:2021年7月12日

期       刊:Aquaculture research


2021年7月12日,上海海洋大学食品科学学院在杂志Aquaculture research发表题为“Comprehensive analysis of genome-wide DNA methylation and transcriptomics between ovary and testis in Monopterus albus”的研究论文。该研究采用了全基因组甲基化测序和转录组综合分析,比较了黄鳝卵巢和睾丸的差异甲基化基因和差异表达基因。该研究为黄鳝性反转提供了表观遗传信息。爱基百客为其提供了全基因组甲基化测序(WGBS)技术

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研究背景

自从发现黄鳝是雌雄同体,研究人员就对其性别决定和转换机制开始进行研究。黄鳝性别变化的研究,对于人工养殖、了解鱼类性别的决定和分化具有重要意义。已有研究发现了很多与黄鳝性别决定和分化的基因,但其分子机制尚不清楚。

研究思路



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研究结果


1. 黄鳝卵巢和睾丸全基因组甲基化分析


为了研究黄鳝性反转过程中卵巢和睾丸的甲基化状态,作者对两份混合样本(每个性别3个个体)进行了全基因组亚硫酸氢盐测序。计算三种类型(CG、CHG和CHH)全基因组甲基化胞嘧啶的数量。睾丸组织有6.06%(mC)、78.29%(mCG)、0.38%(mCHG)和0.38%(mCHH)的甲基化水平,分别对应于所有序列的C、CG、CHG和CHH位点;卵巢在C、CG、CHG和CHH类型分别有4.86%、76.09%、0.31%和0.31%的甲基化。如图1.a,睾丸组织每种类型都观察到更高的甲基化水平;睾丸和卵巢中CG类型胞嘧啶甲基化占有最大的比例,高达~94%(图1. b)。此外,作者还计算了起始密码子上游3000 bp内CG位点的甲基化水平,其中睾丸为49.51%,卵巢为47.89%。

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图1. 黄鳝卵巢和睾丸全基因组甲基化图谱

2. 差异甲基化基因(DMGs)的鉴定


由于mCG几乎占了所有甲基化的胞嘧啶,所以作者采用CG位点的甲基化胞嘧啶来测量甲基化比率的变化,并且将与卵巢比较分析差异的区域定义差异甲基化区域(DMRs)。共检测到20402个DMRs,包括13578个超甲基化和6824个低甲基化DMRs。为了确定甲基化在黄鳝性别变化过程中的潜在作用,在睾丸和卵巢之间共鉴定出1718个差异甲基化基因(DMGs),至少有一个DMR位于起始密码子上游3000 bp内,890个是超甲基化的,828个是去甲基化的。


为了研究差异甲基化基因的功能,作者做了GO富集分析(图2)。在生物过程分类中,DMGs主要富集于减数分裂、生殖和脂肪酸相关条目。在分子功能组中,DMGs主要富集于核酸结合相关条目。


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2. 差异甲基化基因(DMGs)的基因本体(GO)富集分析,包括每个分类前10个富集的GO项

3. 差异甲基化基因和差异表达基因的综合分析


为了揭示甲基化水平的变化是否改变睾丸和卵巢的DMGs表达,应用WGBS的相同样品进行RNA-seq,共鉴定得到11479个差异表达基因(DEGs)。对差异甲基化基因和差异表达基因进行整合分析,鉴定得到901个差异甲基化和表达相关基因(DMEGs)。这些DEMGs中,457个基因表现出DNA甲基化状态与表达水平负相关(图3. a)。对这些基因进行GO富集分析,所有显著富集GO项属于生物工程类,包括减数细胞周期、减数分裂I细胞周期过程、生殖、生殖过程、减数分裂细胞周期过程和错配修复(图3. b)。

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图3. 差异甲基化基因和差异表达基因综合分析


基于已报道的文献资料,作者筛选出16个参与性腺发育的DMEGs(表2)。

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表2. 参与性腺发育的16个DEMG的信息


4. 候选基因甲基化和表达水平的验证


8个DMEGs被选出来进行BS-PCR和qRT-PCR,验证它们的甲基化水平和表达水平。有7个基因在睾丸中有较低的甲基化水平、较高的表达水平,它们是:piwil1tdrd1socs2dnmt3ananos2sox30mei4(图4)。这些结果与亚硫酸盐全基因组测序和转录组测序数据基本一致,说明本研究的高通量测序数据是可靠的。

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图4. 选定基因的甲基化和表达水平分析


总 结

通过联合全基因组甲基化和基因表达分析,该研究发现黄鳝从雌性到雄性的过程中启动子区域甲基化水平升高,16个性腺发育候选基因的甲基化和表达发生改变。这一研究有助于进一步认识黄鳝性反转的分子机制。


延伸思考


DNA甲基化可以在不改变DNA序列的条件下调控基因的表达,目前已有大量的研究围绕DNA甲基化和基因表达展开。DNA甲基化涉及的生物学领域较为广泛,比如生长发育、疾病的发生、癌症机制、植物抗逆等。


本次分享的客户文章提供了DNA甲基化和转录组联合分析的一种思路,首先对甲基化组和转录组进行统计分析,找到差异甲基化基因和差异表达基因,然后进行GO富集分析;第二,对两者的数据进行联合分析,再借助相关领域的文献资料查找目标基因;最后,利用分子生物学手段对相关的结果进行验证。这个思路值得从没做过甲基化分析的老师参考。


文献下载

通过对月季的转录组比较分析,可以了解盐胁迫应答的关键因素和信号通路.pdf



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