一文读懂：十大DNA甲基化研究核心问题

大家好，这里是专注表观组学十余年，领跑多组学科研服务的易基因。

DNA甲基化是最早被发现、也是研究最深入的表观遗传调控机制之一，近年来关于DNA甲基化的研究成果屡屡见刊。小编翻阅各类文献，为大家总结了十大DNA甲基化研究核心问题，包括什么是DNA甲基化，DNA甲基化的主要形式、DNA甲基化与去甲基化、植物中的DNA甲基化、DNA甲基化的主要功能、DNA甲基化作为生物标志物的潜力、DNA甲基化的主要研究方向、DNA甲基化检测方法、样本不同如何选择DNA甲基化检测技术、DNA甲基化数据挖掘等，让您一文读懂DNA甲基化。

1、什么是DNA甲基化

DNA甲基化（DNA methylation）为DNA化学修饰的一种形式，是指DNA分子在DNA甲基转移酶的作用下将甲基选择性地添加到特定碱基上的过程。DNA甲基化能够在不改变DNA序列的前提下，改变遗传表现，是最重要的表观遗传调控方式之一。

2、DNA甲基化的主要形式

• 5-甲基胞嘧啶（5-mC）：最重要的一种DNA甲基化修饰，广泛存在于植物、动物等真核生物基因组中, 称誉为“第五碱基”。
• 5-羟甲基胞嘧啶（5-hmC）：哺乳动物的“第六碱基”。
• N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）：在细菌、藻类及动植物基因组中存在。
• 7-甲基鸟嘌呤（7-mG）

3、DNA甲基化与去甲基化（5mC）：

DNA甲基化反应分为2种类型：一种是2条链均未甲基化的DNA被甲基化，称为从头甲基化（denovo methylation）；另一种是双链DNA的其中一条链已存在甲基化，另一条未甲基化的链被甲基化，这种类型称为保留甲基化（maintenance methylation）。

甲基化的DNA可以发生去甲基化。DNA的去甲基化由基因内部的片段及与其结合的因子所调控，包括：

• 主动去甲基化(Active demethyaltion)：哺乳动物TET酶主动去甲基化，5mC经过TET作用转化成5hmC。
• 被动物甲基化(Passive demethylation)：DNA通过不断复制丢失/稀释甲基化。

4、植物中的DNA甲基化

对于植物而言，面对生长环境的改变，表观遗传的变异会改变植物DNA的构象，从而改变染色质和蛋白质的结构，达到调节基因组的作用。研究发现，当植物面临生物胁迫和非生物胁迫时，植物基因组中DNA甲基化会发生改变，并且这些改变会遗传给后代。所以DNA甲基化的改变能够丰富植物物种的多样性，加强植物的环境适应性。

不同于哺乳动物基因组只有CG甲基化，植物基因组甲基化有CG，CHG，CHH（H代表任何非G的碱基）甲基化。而维持这三种不同的DNA甲基化的分子机制非常复杂。

5、DNA甲基化的主要功能

DNA甲基化能引起染色体结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式改变，从而控制基因的表达。

• 保持基因组遗传物质的稳定性（TE的高甲基化）
• 调控基因的表达（顺式作用元件的动态甲基化，如Promoter/Enhancer等）

DNA甲基化参与基因转录调控、细胞分化、胚胎发育、X染色体失活、基因印记和肿瘤的发生等过程。

6、DNA甲基化作为生物标志物的潜力

• 相比基因组，DNA甲基化能够反应环境的影响
• DNA甲基化不像基因组那么一成不变，也不像转录组和蛋白组那么不稳定。
• DNA甲基化处于动态变化中，能够像年轮一样记录环境因素的影响。
• DNA甲基化标志物是最有应用前景的表观遗传标志物。

7、DNA甲基化的主要研究方向

8、DNA甲基化检测方法

目前研究中常用的DNA甲基化测序方法包括全基因组（WGBS、oxWGBS等）、简化基因组（dRRBS、RRBS、XRBS等）、靶向基因组（液相捕获）、靶向基因（TBS）和850K芯片等，适用于多种不同应用场景。（易基因可提供以上所有DNA甲基化测序服务）

• WGBS和RRBS用于基因组范围内研究探索，并筛选目标基因（候选DNA甲基化标记物）
• TBS用于后续目标基因的甲基化验证

9、样本不同，如何选择DNA甲基化检测技术

易基因结合十余年DNA甲基化研究经验，全面总结了不同样本类型对于不同DNA甲基化检测工具选择的不同，技术推荐标准可以分为三点：

• 最有力方案（金标准）：WGBS/微量WGBS/scWGBS
• 最具性价比方案：RRBS/dRRBS/XRBS（动物）
• 大规模临床转化/目标区域甲基化验证：TBS

10、DNA甲基化数据挖掘

DNA甲基化一般遵循三个步骤进行数据挖掘。首先，进行整体全基因组甲基化变化的分析，包括平均甲基化水平变化、甲基化水平分布变化、降维分析、聚类分析、相关性分析等。其次，进行甲基化差异水平分析，筛选具体差异基因，包括DMC/DMR/DMG鉴定、DMC/DMR在基因组元件上的分布、DMC/DMR的TF结合分析、时序甲基化数据的分析策略、DMG的功能分析等。最后，将甲基化组学&转录组学关联分析，包括Meta genes整体关联、DMG-DEG对应关联、网络关联等。

易基因DNA甲基化研究成果

原文解读：