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植物Hi-C技术以整个细胞核为研究对象,利用高通量测序技术,结合生物信息分析方法,研究全基因组范围内整个染色质DNA在空间位置上的关系;通过对染色质内全部DNA相互作用模式进行捕获,获得高分辨率的染色质三维结构信息。安诺基因Hi-C研发团队采用独特的细胞破壁及甲醛固定技术,成功降低文章中的自环比例、提高了有效数据比例。


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Hi-C测序揭示拟南芥染色体三维结构


Genome-wide analysis of local chromatin packing in Arabidopsis thaliana


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设计思路


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研究结果


拟南芥染色体互作情况


拟南芥染色体之内的相互作用强于染色体之间,并且染色体臂内的互作占优势。该结果与已报道的荧光原位杂交的研究结果一致。


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图1 拟南芥基因组相互作用图(20kb分辨率)


拟南芥染色体三维结构与表观遗传标志物的关系


相比于染色体状态1(CS1),CS5在H3K36me2、H2Bub和H3.3中有更高的富集,但是在H3K4me2,H3K4me3和H3K9ac中有较少的富集。相较于CS3,CS6在H3K9me2和 H3K27mel中有较少的富集。CS2在H3K27me3、H3.1和H3.3中有富集。CS4在任何标记物中没有特异的富集。在主成分分析(PCA)中,常染色质CS1和CS5和异染色质CS3和CS6是分离的,CS2和CS4位于中间。另外我们发现CS2和其他bins的局部互作是最强烈的,CS2/CS2互作有最高的值。总之,这些结果表明染色质的近距离和远距离互作由不同的表观遗传标记物引导,或者反过来说,染色质互作也影响表观遗传标记。


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图2 Hi-C相互作用与表观遗传标志物关系


拟南芥局部染色质组装的特征与基因表达的关系


在2k和20kb的分辨率下,无论是DpnⅡ还是HindⅢ酶切获得的Hi-C图谱都没有表现出TADs特性。然而,在2kb分辨率下,bins与bins之间存在过度联接和强烈的抑制联接两种作用,这些bins显著不同于附近的bins,并且形成差异明显的条带,本文将其分别定义为阳性条带和阴性条带。阳性条带只是富集在基因本体的边缘,几乎一半的阳性条带是CS2。结合RNA-seq数据分析发现:转录起始位点(TSSs)或基因本体位于阳性条带内部的基因倾向具有较低的表达水平,这和抑制性组蛋白标记H3K27me3的富集是相关的;另一方面,离阳性条带较远转录的基因,在表达水平上并没有明显变化。


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图3 拟南芥局部染色质组装的特征与基因表达的关系


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研究结论


本研究通过Hi-C技术,研究了拟南芥局部染色质组装的特征,结合BS-seq、ChIP-seq和RNA-seq数据分析发现:表观遗传修饰,基因密度和转录活性相结合,共同形成了拟南芥核基因组的包装模式。


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参考文献


Wang C, Liu C, Roqueiro D, et al. Genome-wide analysis of local chromatin packing in Arabidopsis thaliana[J]. Genome Research, 2014, 25(2): 487-93.


Q Hi-C 需不需要做重复?


A理论上是需要做 3 个重复的,但是从成本角度考虑,暂时 Hi-C 可以做两个技术重复,即如果一个样本理论上需要测 180G 数据量,那我们建两个文库,每个文库测 90G,分析数据相关性比较高后将两个文库的数据进行整合。


Q样品交联后检测出现降解、DNA 蛋白复合物少怎么办?


A

1) 植物或者动物组织尽量剪碎,保证充分交联。

2) 要注意交联反应温度(25 度左右)和时间,甲醛处理时间过长,未及时中和容易导致样本降解。

3) 同时要保证样本新鲜。



Qbin size 的真正含义是什么?


A在所设定的 bin size 下,80%—90%以上的 bin 对有 reads 支持(80%—90%bin 与 bin 之间有互作),则认为此分辨率是可以达到的。市场上偷换概念者大有人在,把 bin size 设得特别小,但是很多 bin 都是空的,即和其他 bin 没有互作,可能也就 50% 甚至更低的 bin 之间有互作,达不到承诺的分辨率。



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