想象一下，重建一張你未曾蒙面的人臉，需要什么？一張親戚的照片是最直觀的參考，但如果你能用一根指骨和一把牙齒就能做到呢？

首先需要感謝DNA甲基化【本質(zhì)是什么？猛戳看視頻】，一組來(lái)自西班牙和以色列的科學(xué)家最近重建了丹尼索瓦人的面部解剖結(jié)構(gòu)，丹尼索瓦人是一個(gè)與尼安德特人密切相關(guān)的群體，其祖先在大約60萬(wàn)至74.4萬(wàn)年前從現(xiàn)代人類(lèi)的血統(tǒng)中分裂出來(lái)?？茖W(xué)家們開(kāi)始使用的唯一丹尼索瓦人的碎片是一個(gè)手動(dòng)指骨、一個(gè)下顎骨和幾顆牙齒?？茖W(xué)家們與古遺傳學(xué)先驅(qū)斯萬(wàn)特·帕博（Svante Pääbo）合作，通過(guò)使用在丹尼索瓦人、現(xiàn)代人、尼安德特人和黑猩猩身上檢測(cè)到的DNA甲基化圖譜來(lái)拼湊這個(gè)拼圖。[1,2] 他們研究了改變面部特征的遺傳區(qū)域的甲基化圖譜，并設(shè)法預(yù)測(cè)我們古代祖先的外觀。

DNA甲基化的影響范圍很廣
為什么DNA甲基化在重建骨骼形態(tài)方面如此有效？它是如何幫助研究一個(gè)我們知之甚少，而且樣本很少的人類(lèi)滅絕群體的？很簡(jiǎn)單，因?yàn)镈NA甲基化攜帶的信息對(duì)于重建支配身體組織的基因表達(dá)至關(guān)重要。

DNA甲基化是研究最廣泛的表觀遺傳標(biāo)記之一。[2] 在真核生物中，DNA甲基化普遍發(fā)生在CpG二核苷酸上。[3] 啟動(dòng)子、基因體和增強(qiáng)子上的DNA甲基化模式在調(diào)節(jié)基因表達(dá)方面發(fā)揮著重要作用。鑒于精確的基因調(diào)控對(duì)許多基本的生物過(guò)程很重要，DNA甲基化在整個(gè)生物體的發(fā)育和維持平衡的過(guò)程中是至關(guān)重要的。

例如，研究人員發(fā)現(xiàn)，從照顧者那里得到更多擁抱的嬰兒與那些沒(méi)有得到那么多身體接觸的嬰兒呈現(xiàn)出不同的DNA甲基化特征。這種變化的DNA甲基化圖譜進(jìn)一步表明，得到擁抱較少的嬰兒可能經(jīng)歷了一個(gè)不太有利的發(fā)展進(jìn)程。[4]此外，在甜橙果實(shí)成熟過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一種動(dòng)態(tài)的DNA甲基化模式。[5]研究人員發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化的全面增加有助于抑制不再需要的基因和激活對(duì)橙子成熟過(guò)程有意義的基因。

從人類(lèi)到水果，包括從行為到物理變化的一切，DNA甲基化在我們?nèi)粘Ｉ畹膸缀趺總€(gè)方面都有精髓作用。也許這并不完全是一個(gè)驚喜，畢竟我們能夠用DNA甲基化中蘊(yùn)含的豐富信息重建面部解剖學(xué)。

亞硫酸氫鹽測(cè)序揭示DNA甲基化概況
亞硫酸鹽測(cè)序是獲得DNA甲基化測(cè)量的最流行的方法。使用經(jīng)典的、金標(biāo)準(zhǔn)的亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，DNA中未甲基化的胞嘧啶殘基被轉(zhuǎn)化為尿嘧啶，而甲基化的胞嘧啶則抵制這種變化，仍然是胞嘧啶。因此，甲基化的胞嘧啶在下一代測(cè)序（NGS）讀數(shù)中被識(shí)別為 "C"。

到目前為止，研究人員已經(jīng)采用了大量的亞硫酸氫鹽測(cè)序方法來(lái)發(fā)現(xiàn)不同生物學(xué)問(wèn)題的DNA甲基化信息。這些方法包括全基因組亞硫酸氫鹽測(cè)序（WGBS）和還原代表亞硫酸氫鹽測(cè)序（RRBS）。WGBS幫助科學(xué)家獲得整個(gè)基因組的DNA甲基化水平的全面概況。RRBS富集了基因組中富含CpG的區(qū)域，因此減少了所需的測(cè)序讀數(shù)，以達(dá)到與WGBS相當(dāng)?shù)淖x深度。因此，在測(cè)序方面，RRBS與WGBS相比更具成本效益，是科學(xué)家在大規(guī)模研究中篩選全基因組DNA甲基化的理想選擇。

另一種基于NGS的測(cè)量DNA甲基化的方法是定向亞硫酸氫鹽測(cè)序?？茖W(xué)家們?yōu)楦信d趣的特定基因區(qū)域設(shè)計(jì)PCR引物，以生成文庫(kù)。這使他們能夠調(diào)查這些特定區(qū)域的DNA甲基化水平并研究其動(dòng)態(tài)。靶向亞硫酸氫鹽測(cè)序是對(duì)其他方法進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證的一個(gè)很好的選擇，也是對(duì)大樣本群中選定的基因區(qū)域進(jìn)行篩選。

基于NGS的DNA甲基化研究是強(qiáng)大的
傳統(tǒng)上，DNA甲基化是通過(guò)基于芯片的方法測(cè)量的，許多數(shù)據(jù)集已經(jīng)從這些平臺(tái)產(chǎn)生。雖然使用起來(lái)很穩(wěn)健，而且容易比較不同數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)，但基于陣列的方法有幾個(gè)局限性。首先，感興趣的基因組中CpG位點(diǎn)的覆蓋率在很大程度上是有限的。一個(gè)例子是MethylationEpic陣列只覆蓋了人類(lèi)基因組中CpG位點(diǎn)總數(shù)的約3%。第二，在樣品種類(lèi)方面沒(méi)有什么靈活性，因?yàn)橐粋€(gè)陣列只與一個(gè)特定的物種兼容。

另一方面，基于NGS的方法具有更高的覆蓋率，并與任何物種兼容。最近，研究人員應(yīng)用WGBS鑒定了小鼠肝臟單細(xì)胞間的甲基化異質(zhì)性。[6] 平均而言，每個(gè)大宗樣品覆蓋2160萬(wàn)個(gè)CpG位點(diǎn)，每個(gè)單細(xì)胞樣品覆蓋220萬(wàn)個(gè)CpG位點(diǎn)。此外，科學(xué)家們還用RRBS繪制了雞、袋鼠和鴨嘴獸樣本的DNA甲基化圖。[7] 他們的數(shù)據(jù)首次證明了DNA甲基化參與了有袋類(lèi)哺乳動(dòng)物的X染色體失活。

此外，RRBS也被用來(lái)發(fā)現(xiàn)巴雷特食道的DNA甲基化生物標(biāo)志物。這種綜合征是食道癌發(fā)病的一個(gè)重要風(fēng)險(xiǎn)因素。[8] 一旦他們從46個(gè)活檢樣本的RRBS數(shù)據(jù)中確定了一個(gè)CpG補(bǔ)丁作為生物標(biāo)志物，研究人員就依靠定向亞硫酸氫鹽測(cè)序來(lái)驗(yàn)證和擴(kuò)展新鮮和存檔的臨床樣本中的入選CpG位點(diǎn)。

基于NGS的測(cè)量DNA甲基化的方法擴(kuò)大了我們對(duì)DNA甲基化的多方面作用的認(rèn)識(shí)。隨著方法的不斷改進(jìn)，基于NGS的DNA甲基化研究的力量無(wú)疑將被進(jìn)一步利用，以產(chǎn)生更多的信息，幫助組裝表觀遺傳學(xué)和其他方面的困惑。

猛戳參考文獻(xiàn)看更多：

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從高質(zhì)量的DNA甲基化制備是很關(guān)鍵的，特別是因?yàn)檗D(zhuǎn)換過(guò)程中的酸性會(huì)使DNA產(chǎn)生片段。對(duì)于含有少量DNA的樣品，推薦使用DNA甲基化直接修飾試劑盒，因?yàn)樗梢灾苯訌募?xì)胞、組織、血液和其他起始材料中轉(zhuǎn)換。在處理大規(guī)模的亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了節(jié)省時(shí)間和降低成本，高通量選擇至關(guān)重要。在這種情況下，DNA亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化96孔形式，我們也有相關(guān)產(chǎn)品推薦。DNA修飾試劑盒是專(zhuān)門(mén)為高通量而精簡(jiǎn)的，并采用了基于磁珠的96孔設(shè)計(jì)形式供應(yīng)。關(guān)于亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化試劑盒的詳細(xì)比較，見(jiàn)下表。