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單細胞ATAC-seq

細胞染色質開放區域檢測新技術

產品介紹

單細胞ATAC測序(scATAC-seq)是基于10x genomics平臺的微流控和油滴包裹技術,在單細胞水平對細胞染色質開放區域進行檢測的新技術,可用于繪制細胞染色質開放區的單細胞圖譜,是一種高分辨率研究染色質開放程度與DNA結合蛋白調控基因的表達網絡,在單細胞水平研究表觀遺傳學的有效手段。

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染色質可及性檢測-ATAC測序技術
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染色質可及性檢測-ATAC測序技術

染色質可及性的早期研究技術是ATAC-seq(Assay for transposase-accessible chromatin with high-throughput sequencing),該技術可進行高通量測序的染色質可及性(開放性)研究,而染色質開放區域一般是染色質中呈松散狀態、可發生DNA復制和基因轉錄的區域,ATAC-seq 使用改造 Tn5轉座酶,捕獲染色質開放區,將測序接頭引入開放染色質的兩端,用于表觀遺傳、基因調控研究。2015 年 Science 和Nature發表論文先后提出利用單細胞 ATAC-seq 技術對染色質可及性進行檢測,探索細胞轉錄調控機制,解決了以往存在的細胞異質性難題,極大的擴大了ATAC-seq 技術的應用范圍。同時2018年10月,10x Genomics 推出的 Chromium 單細胞 ATAC 解決方案提供了一種全面的、可擴展的方法來研究分析單個樣本中成百上千個細胞中染色質的開放情況??稍趩渭毎竭M行多組學聯合分析,深度挖掘細胞異質性表觀遺傳調控機理。

技術原理

單細胞ATAC測序是通過改造Tn5轉座酶對混合的細胞核懸液進行核 DNA 的切割,然后使用微流控芯片將溶液中的細胞核包裹到油滴中,形成納米級的凝膠微珠乳濁液(GEMs)。采用 10x barcode條形碼,對每個細胞核切割的 DNA 加上唯一的10x barcode條形碼。通過文庫構建,測序,最終根據 10x barcode 條形碼將測序得到的序列關聯到每個單獨的細胞核上。

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單細胞ATAC測序技術原理

產品優勢

低成本

每個細胞成本遠低于傳統單細胞ATAC測序

高分辨率

可在單細胞水平檢測轉錄調控區域的開放性染色質

高通量

8通道微流體系統,每個微流孔通道一次性可捕獲500-10000個細胞核

高效率

每個樣本細胞核捕獲率高達65%

大數據

獲得所有染色質開放區域,不局限于某個轉錄因子位點

適用范圍廣

適用于細胞系,原代細胞,凍存細胞,新鮮組織等

經驗豐富

累計制備100余種組織類型、5000+例的單細胞樣本,超高核抽提經驗

應用方向

染色質開放區域圖譜繪制

細胞異質性預測新細胞類型

胚胎細胞發育表觀遺傳修飾

疾病潛在標志物預測

腫瘤表觀機制研究

基因調控

結果展示

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tSNE細胞分群
5
轉錄因子聚類圖
6
Motif動態分布分析
8
細胞軌跡分析
7
Peak可視化分析

常見問題

如何選擇單細胞ATAC-seq測序數據量?

建議每個細胞核測 25000 read pairs,一般數據量為25~50G可達到最佳測序數據量和測序飽和。

對于10X scATAC-seq的樣本要求?

(1)物種要求:人、小鼠、其他物種要求有較高質量的基因組;

(2)樣本類型:細胞系,原代細胞,凍存細胞,新鮮組織等可制備高質量單細胞懸液;

(3)樣本要求:單細胞懸液,采用活細胞,細胞活性>80%,細胞濃度700~1200 cells/μL,細胞總量可達1*10^6個,細胞成團率<5%;血液采用EDTA 抗凝的全血(不可肝素抗凝),>5ml;組織采用新鮮組織,200mg。

(4)細胞核抽提質量要求:活細胞比例<5%(臺盼藍等染色可觀測);顯微鏡下,細胞核形態完整;盡量去除細胞碎片和細胞團。

單細胞ATAC-seq細胞分群和scRNA-seq有何不同?

單細胞ATAC測序根據染色質的可及性特征進行降維聚類細胞分群,得到的細胞分群不依賴于基因表達,對于一些低豐度表達的細胞靈敏性更高,可通過染色質開放區域挖掘更多低豐度表達的細胞。

單細胞轉錄測序和單細胞ATAC-seq可以聯合分析嗎?

可以。

目前關于scRNA-seq和scATAC-seq聯合分析有兩種情況:

(1)細胞量足夠的情況下,一份單細胞懸液可以分成兩份,一部分進行10X scRNA,另一部分抽核后進行10X scATAC。分別進行scRNA-seq和scATAC-seq,根據染色質可及性和基因表達聯合分析挖掘更多具有表觀遺傳潛力的基因調控網絡。

(2)10x Genomics最新的單細胞多組學解決方案:Chromium單細胞多組學ATAC+基因表達,實現了同一細胞同時分析基因表達和開放染色質,將得到ATAC文庫和基因表達文庫測序原始數據加載到Cell Ranger ARC分析流程中,并通過Loupe Browser進行可視化,將基因表達讀數與潛在的調控功能相關聯。這種方式得到的染色質開放性和基因表達關系更緊密客觀真實,有助于尋找基因表達調控關系。

經典案例

?scATAC-seq繪制哺乳動物染色質可及性圖譜

文中對13個成年小鼠組織的約100000個單細胞進行ATAC測序分析,鑒定出85種不同的染色體可接近性模式及近400000個差異可接近性元件。利用測序數據,將調控元件及其靶基因關聯起來,基于轉錄因子特異性定義亞群,探索細胞染色質可接近性異質性,并將小鼠染色質可及性與人類全基因組關聯,為哺乳動物細胞亞群基因調控相關的深入研究提供了依據。

文獻原文:A Single-Cell Atlas of In Vivo Mammalian Chromatin Accessibility. 2018, Cell, IF=38.637

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染色質開放區域和轉錄因子Motif富集進行細胞的分群和鑒定

文章資訊

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