ATAC-seq (Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing) 是一種研究染色質(zhì)可及性的分子生物學(xué)方法。這種技術(shù)于2013年由Buenrostro等人在Nature Methods期刊中的論文 'Transposition of native chromatin for fast and sensitive epigenomic profiling of open chromatin, DNA-binding proteins and nucleosome position'提出。這種方法可作為 MNase-seq (sequencing of micrococcal nuclease sensitive sites), FAIRE-seq 及 DNAse-seq等方法的補(bǔ)充或替代. 這種方法的目的是鑒定DNA的可觸及區(qū)域，即未被組蛋白保護(hù)的開(kāi)放區(qū)域，相當(dāng)于DNase I 能夠起作用的區(qū)域。

1. ATAC－seq簡(jiǎn)價(jià)

    ATAC－seq實(shí)驗(yàn)的操作方法如下圖所示。即對(duì)核基因組DNA中開(kāi)放區(qū)域，用Tn5轉(zhuǎn)座酶，將其切割下來(lái)，構(gòu)建成測(cè)序文庫(kù)，進(jìn)行測(cè)序和分析。

圖1 ATAC－seq建庫(kù)示意圖

圖2 ATAC－seq測(cè)序數(shù)據(jù)分析示例圖（片段大小分布及染色質(zhì)狀態(tài)分析）

2. ATAC－seq的應(yīng)用

真核細(xì)胞通過(guò)將基因組DNA與組蛋白進(jìn)行不同層次的折疊組裝成染色質(zhì)，這些精密組裝信息在基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起決定性作用。染色質(zhì)區(qū)域的可接近性是特異性反式作用因子和順式調(diào)控元件相互作用的前提，基因表達(dá)的異常或者染色質(zhì)調(diào)控因子的改變都將對(duì)細(xì)胞的命運(yùn)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，進(jìn)而導(dǎo)致各種疾病的發(fā)生、發(fā)展。目前該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列的鑒定。ATAC-seq技術(shù)可運(yùn)用于所有真核細(xì)胞重編程的研究，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是重大疾病發(fā)病機(jī)制、藥物作用機(jī)制、新藥研發(fā)和生物標(biāo)志物功能等研究的新一代有利工具。

目前ATAC－seq的應(yīng)用具體包括如下幾種主要類(lèi)型：

1. 染色體開(kāi)放性圖譜繪制（所有物種適用）

2. 作物表觀(guān)修飾差異研究（主要包括水稻、玉米、小麥等）

3. 胚胎發(fā)育表觀(guān)遺傳修飾（胚胎學(xué)發(fā)育研究）

4. 腫瘤發(fā)生表觀(guān)機(jī)制研究（腫瘤標(biāo)記及病理研究）

5. 疾病潛在標(biāo)志物的預(yù)測(cè)（病理及生物標(biāo)記）

6. 腫瘤異質(zhì)性或分型研究（腫瘤分型與微環(huán)境研究）

    例如2017年12月Plant Cell發(fā)表了一篇題為《Profiling of AccessibleChromatin Regions Across Multiple Plant Species and Cell Types Reveals CommonGene Regulatory Principles and New Control Modules》的文章，作者是埃默里大學(xué)的Roger B. Deal。這篇文章用ATAC-seq技術(shù)來(lái)研究四種不同植物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控位點(diǎn)。作者分析了擬南芥，苜蓿，番茄，水稻四個(gè)物種中根尖細(xì)胞中THS (transposase hypersensitive sites)的數(shù)目以及到TSS的距離，發(fā)現(xiàn)除了番茄每個(gè)基因平均的THS數(shù)目相比其他三個(gè)物種較高，其他數(shù)據(jù)在不同物種中有較好的一致性。通過(guò)研究根毛細(xì)胞（root hair cells, H）和無(wú)根毛表皮細(xì)胞（root epidermal non-hair cells, NH）不同細(xì)胞的ATAC-seq數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的THS區(qū)域是相似的，細(xì)胞特有的THS（dTHS）大約有幾千個(gè)。通過(guò)對(duì)兩種細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在根毛細(xì)胞中表達(dá)量更高的轉(zhuǎn)錄因子，其結(jié)構(gòu)域與根毛細(xì)胞的dTHS序列有著顯著的關(guān)聯(lián)性。作者著重分析了ABI5, MYB33和 NAC083這三個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)根毛細(xì)胞特有的MYB調(diào)控模型，能同時(shí)控制細(xì)胞調(diào)節(jié)器（cell fate regulators）和非生物應(yīng)激反應(yīng)。

圖3 ATAC－seq與其他類(lèi)似方法的測(cè)序結(jié)果比較

3.ATAC－seq的優(yōu)點(diǎn)

（1）所需的生物樣本量?。篈TAC-seq只需50000個(gè)細(xì)胞；而MNase-seq或DNase-seq建庫(kù)所需生物樣本量為1000倍以上。

（2）快速：整個(gè)建庫(kù)操作流程不到3小時(shí)。

4. ATAC－seq的樣本準(zhǔn)備與實(shí)驗(yàn)流程

4.1 樣本要求

（1）制備至少含有1×10⁵個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞沉淀（推薦2.0×10⁶個(gè)細(xì)胞），并在樣品表上注明總細(xì)胞數(shù)量。

（2）用磷酸緩沖液（PBS）將離心細(xì)胞沉淀洗滌至少一次（推薦三次），并將細(xì)胞沉淀置于1 mL小瓶或管中。

（3）加入相應(yīng)的細(xì)胞凍存液將細(xì)胞沉淀物凍存。

（4）為避免運(yùn)輸過(guò)程中的破碎，我們強(qiáng)烈建議將樣品管放在一個(gè)維持器中，如一個(gè)50 mL的管子或一個(gè)帶有內(nèi)部支架/支架的箱子。棉絮和吸水紙可用于固定支架保持管不移動(dòng)。

（5）對(duì)于細(xì)胞沉淀樣品，我們建議使用1.5mL或2 mL螺旋蓋微量離心管。包裝前請(qǐng)使用Parafilm密封每個(gè)管。

（6）請(qǐng)用干冰運(yùn)輸樣品到本平臺(tái)，不超過(guò)48 h。

（7）樣品保存期間切忌反復(fù)凍融。

4.2 建庫(kù)測(cè)序與分析流程

4.3 其他要求

　ATAC-seq一般用PE150測(cè)15G數(shù)據(jù)，可根據(jù)需求適當(dāng)調(diào)整。