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一种高效的全基因组染色质构象技术eHi‑C

2021-02-02 17:17:06

一种高效的全基因组染色质构象技术eHi‑C

  技术领域

  本发明涉及基因组测序技术领域,具体涉及一种高效的全基因组染色质构象技术eHi-C。

  背景技术

  三维(3D)基因组学是研究基因组三维空间结构及其功能的学科。具体是指对基因组序列、基因结构及其调控元件、基因组序列在细胞核内的三维空间结构及其对基因转录、复制、修复和调控等生物过程中的功能进行研究。三维基因组的相关测序技术,目前主要有Job Dekker研发的Hi-C(High-throughput /resolution chromosome conformationcapture)和阮一骏教授研发的ChIA-PET(Chromatin Interaction Analysis withPaired-End Tag Sequencing)技术(李国亮,阮一骏,2014,科学通报)。

  Hi-C技术是以高通量测序为基础,全基因组范围所有特异和非特异的染色质相互作用捕获技术。利用高通量测序技术,结合生物信息学分析方法,可以研究获得全基因组范围内染色质一维互作连接图、二维相互作用频率热图、全基因组染色质相互作用调控网络和三维结构可视化信息(ErezLieberman-Aiden,2009,Science;Luca Giorgetti,2016,Nature),能进行基因组单体型分析(Jan O Korbel,2013,Nature Biotechnology)和辅助基因组组装(Joshua N Burton et al,2013,Nature Biotechnology),还能揭示较大的核染色质区间(真染色质和异染色质)及染色质疆域在三维空间位置上的互作、功能关系(Matteo Vietri Rudan,2015,Cell Report)。大量基因组调控作用元件在人和小鼠全基因组上被发掘和注释,但是他们的靶标基因大部分仍然不清楚。从3C到6C在全基因组覆盖度上和染色质相互作用无偏性上,均比较局限。Hi-C是3C衍生技术,可以说是全基因组3C分析,无论在分辨率、覆盖度、无偏性上正好能解决这些问题(Fulai Jin et al,2013,Nature)。

  基因组测序研究,样品选择和制备是重要环节,是获取科学有效的生物信息分析成果的前提,而样本准备的难易程度也决定了是否能顺利开展课题、项目,Hi-C技术可以产生无差别的染色质远程交互作用数据,用于建立三维基因组的基本空间结构,用于农业方面的研究和人类健康研究,主要以细胞为研究对象。获得细胞的方法主要是两种:培养细胞系和从组织直接分离细胞。目前,标准Hi-C技术细胞的数量要达到2.5×107(25million)个(Erez Lieberman-Aiden,2009,Science)。标准试验技术需要的细胞量比较大,收集足够细胞耗时;实验材料数量要求较多,导致细胞培养成本提高;所需细胞数量较大也会导致实验误差增大;所获数据在全基因组范围内互作分辨率低。

  因此亟需开发一种高效的、基于通用单培养皿细胞量(6CM-10CM)就能进行Hi-C测序建库的技术——eHi-C。

  发明内容

  本发明的一个目的是提供一种细胞eHi-C测序文库的制备方法。

  本发明提供的方法,包括如下步骤:

  1)裂解细胞得到染色质;

  所述裂解为先裂解所述细胞的细胞膜,得到细胞核;再裂解所述细胞核,得到染色质;

  2)将所述染色质依次经酶切、DNA末端标记、钝端环化连接、DNA纯化,得到纯化后环状DNA;

  3)将纯化后环状DNA和作为内参的环状共沉淀DNA分子混匀,得到混合物;再将所述混合物依次经外切酶酶切去除线性化DNA和再次所述DNA纯化的步骤,得到纯化后环状共沉淀和环状DNA混合物;

  4)将所述纯化后环状共沉淀和环状DNA混合物超声打断,得到片段化环状共沉淀和环状DNA混合物;

  5)从所述片段化环状共沉淀和环状DNA混合物中用免疫磁珠抓取带有所述标记物的DNA片段;

  6)用所述带有所述标记物的DNA片段制备eHi-C测序文库。

  步骤6)中,用带有所述标记物的DNA片段制备eHi-C测序文库为将带有所述标记物的DNA片段依次经末端修复和加尾反应、加接头、PCR扩增和切胶选择文库的步骤,得到eHi-C测序文库。

  所述选择文库大小为100bp-700bp。

  上述方法中,步骤1)中,所述裂解所述细胞的细胞膜为用含有质量百分含量0.1%SDS和质量百分含量1%PI的裂解缓冲液裂解;

  所述裂解所述细胞核为先用含有质量百分含量为1%SDS和质量百分含量1%PI的裂解缓冲液裂解,再用含有质量百分含量0.1%SDS和质量百分含量1%PI的裂解缓冲液裂解。

  所述含有质量百分含量0.1%SDS和质量百分含量1%PI的裂解缓冲液配方由质量百分含量1%PI、150mM NaCl、1mM EDTA、体积百分含量1%Triton X-100、质量百分含量0.1%脱氧胆酸钠、质量百分含量0.1%SDS和浓度为50mM、pH值为7.5HEPES-KOH缓冲液组成;

  所述含有质量百分含量为1%SDS和质量百分含量1%PI的裂解缓冲液配方由质量百分含量1%PI、150mM NaCl、1mM EDTA、体积百分含量1%Triton X-100、质量百分含量0.1%脱氧胆酸钠、质量百分含量1%SDS和浓度为50mM、pH值为7.5HEPES-KOH缓冲液组成;

  上述方法中,步骤2)中,所述酶切将所述染色质用限制性内切酶缓冲液重悬,得到重悬后染色质;将所述重悬后染色质和所述限制性内切酶混匀,反应,得到酶切后DNA;

  或,所述限制性内切酶为HindIII。

  上述方法中,步骤2)中,在所述酶切步骤中,在所述重悬和所述反应之间还包括如下步骤:将在所述重悬后染色质用SDS去除不与DNA直接交联的蛋白的步骤。

  上述方法中,步骤2)中,所述DNA末端标记为将带有标记物的dNTP引入所述酶切得到的产物中;

  或所述标记物为生物素,所述标记物通过biotin-14-dCTP引入。

  上述方法中,步骤2)中,所述钝端环化连接采用的连接反应液中含有或不含有PEG8000;

  或所述连接反应液由Triton X-100、BSA、ATP、Tris-HCl、MgCl2、DTT和水组成;

  或所述连接反应液由Triton X-100、BSA、ATP、Tris-HCl、MgCl2、DTT、PEG8000和水组成。

  上述方法中,步骤2)和步骤3)中,所述DNA纯化采用磁珠纯化的方式;

  或所述磁珠纯化中的磁珠为磁珠原液或磁珠原液的稀释液;

  或所述磁珠原液的稀释液为将所述磁珠原液稀释10倍得到的稀释液;

  所述稀释采用的稀释缓冲液为Beads solution,其由质量百分含量30%PEG 8000水溶液:5M NaCl水溶液按照体积比1:1混匀得到。

  或步骤3)中,所述作为内参的环状共沉淀DNA分子为质粒DNA分子;

  或步骤3)中,所述外切酶为Lambda和RecJf;

  或步骤4)中,所述超声打断的Intensity为105。

  上述方法中,步骤1)中,所述细胞的数量为大于等于1million;

  或所述细胞的数量为1-3million。

  由上述的方法制备的eHi-C测序文库也是本发明保护的范围。

  或上述方法或所述制备的eHi-C测序文库在细胞eHi-C测序中的应用也是本发明保护的范围;

  本发明第三个目的是提供一种细胞eHi-C测序方法。

  本发明提供的方法,包括如下步骤:1)用上述的建库法的步骤,得到eHi-C测序文库;2)对所述eHi-C测序文库进行测序。

  本发明第四个目的是提供一种用于细胞eHi-C测序的试剂盒。

  本发明提供的试剂盒,包括上述的建库法中所有试剂的任一种或任意组合。

  本发明在标准方法(5_Standard组,即为对照组)的基础上根据以上三个优化步骤又增设了1_Option组、2_Beads组、3_3M组(仅细胞量在该组改为3million)、4_T4组和6_Phix(建库对照,为ΦX 174噬菌体的DNA,序列是已知,无Index),如图2。其中1_Option、2_Beads、4_T4各组之间仅在所述步骤优化,其余步骤与3_3M、5_Standard组一样。以上任一优化组自由组合,均可以达到制备高质量eHi-C文库。所述建库方法,主要针对少量(1-3million)细胞进行群体细胞高效全基因组染色质构象技术eHi-C测序建库。与ErezLieberman-Aiden的方法(需要25million个细胞.Science,2009)、Matteo Vietri Rudan的方法(需要10million.Cell Report,2015)相比,细胞需要量少,较易获得实验材料,节约收集材料时间,大大降低细胞培养成本,试剂耗材成本,降低试验误差。

  本发明所提供的方法适用于低至1million的群体细胞全基因组染色质构象技术eHi-C测序建库,与Hi-C标准方法(Erez Lieberman-Aiden,Science,2009)和国内主流Hi-C测序公司需求细胞数量25million甚至100milion相比,具有以下优点:

  (1)应用本发明技术方案,能对数量低至1million细胞的进行全基因组染色质构象技术eHi-C建库测序。大大降低细胞需要量、细胞培养成本和建库成本。本发明方法操作简单、与时俱进,能够适用于包括小鼠C2C12细胞系在内的哺乳动物体外培养的多种细胞系。

  (2)改良了标准Hi-C测序步骤,选择采用0.1%SDS FA细胞裂解缓冲液穿孔裂解细胞膜和1%SDS FA细胞核裂解缓冲液穿孔裂解细胞核膜,效果显著。DNA磁珠纯化中无需再进行酚仿抽提和RNA酶消化。对于环化连接效率检测,创新性的引入了环化的共沉淀DNA,环化效率一目了然。Lambda和RecJf外切酶切碎线性DNA,尽量消除未环化DNA“噪音”。且与JobDekke的标准Hi-C相比,将生物素DNA免疫磁珠纯化步骤提前,加上出库前PCR时才进行切胶纯化反应,大大降低了样品损耗。

  (3)全程利用磁珠纯化方式,与标准Hi-C的酚仿抽提相比,简化了步骤,节约了试剂,尤其Tris-饱和酚和氯仿都是剧毒试剂。

  (4)本发明升级版本,在如下步骤可以替换:DNA纯化时采用30%PEG 8000Beads稀释溶液(达到同样纯化效果同时进一步节约成本);酶切前增加1%SDS去除液A和10%TrionX-100去除液B(除净与DNA未交联的蛋白,增加酶切、环化效率);末端环化连接时替换T4连接酶缓冲液中超纯水为质量百分含量7.5%PEG 8000(可稍微调低连接效率,根据需要进行负向调整)。

  (5)目前市场上未有Hi-C建库试剂盒,本发明能开发成适用于与现阶段最流行的Miseq,Hiseq 2500和Hiseq 3000测序仪的一种细胞易得省时、操作快捷省事、商业前景广阔省心的高效全基因组染色质构象技术eHi-C建库试剂盒及其升级版。也能基于此试剂盒开发成一种可用于1-3milion群体细胞的自动加样eHi-C建库装置。

  附图说明

  图1为本发明主要步骤流程图。

  图2为本发明细胞数量优化标准处理及其他步骤备选优化处理。

  图3为试验(一)一中C2C12细胞汇合率达到70-80%时(a)细胞状态和(b)细胞自动计数仪结果。

  图4为试验(五)一中预试验2结果,图4a各泳道依次为:M,1kb Marker;质粒,NgAgo质粒;Hind III线性化,Hind III线性化质粒后的结果;Mixture,200ng质粒和200ng线性DNA混合的得到的Mixture;整个图中一共三条带相应分别为开环DNA、线性DNA和超螺旋。图4b各泳道依次为:M,1kb Marker;质粒,NgAgo质粒;Hind III线性化,Hind III线性化质粒后的结果;Lambda和RecJf外切酶消化Mixture,一倍酶量、两倍酶量和三倍酶量的结果;质粒,NgAgo质粒。图4上样量统一为100ng。

  图5为试验(五)二中环化的DNA被Covaris 220超声波片段化后的E-gel电泳检测结果。图5a,打断前(对照);图5b,打断后。1—5为五个处理组;M为100bp Marker.

  图6为试验(六)2X KAPA HiFi HotStart PCR E-gel检测结果。a为切胶前,b为切胶后。M,100bp Marker;PCR设定了18循环和28循环,1—5为五个处理组。

  图7为试验(六)上机测序结果质控—Q值热图。

  图8为试验(六)上机测序结果质控—碱基比例图(%)。

  图9为试验(六)上机测序结果质控—错误率(Error rate)。

  图10为试验(六)上机测序结果质控—大于Q30(Q值≥30)的值所占的百分比。

  图11为试验(六)上机测序结果质控—Q值分布柱形图。

  图12为试验(六)上机测序结果质控—混合样本的均一度及对应数据表。

  具体实施方式

  下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。

  下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到,均为自常规测序建库生化试剂商店(Thermo Fisher、NEB、KAPA、Illumina等)购买,所用水均为Ultrapure Distilled Water(Thermo Fisher)。

  以下的实施例便于更好地理解本发明,但并不限定本发明。

  除主要建库步骤外的其余三种优化步骤,均可根据需要与主要步骤替换进行。

  下面将结合参考附图和实施例来详细说明本发明。

  实施例1、细胞eHi-C测序文库的制备及其在测序中的应用(5-standard)

  图1为本发明主要步骤流程图。

  (一)、裂解细胞制备染色质

  一、细胞收集与交联固定

  1、当培养皿(10CM)中细胞汇合率达到70-80%的时候C2C12细胞( CRL-1772TM)数约2million,如图3,a,细胞状态(放大倍数100×);b,细胞自动计数仪结果),通过移液枪吸量的方式检测培养液的体积;

  2、向其中加入质量百分含量37%甲醛水溶液(280ul),使其终浓度为1%,将培养皿放到旋转器上常温摇晃10分钟(或37℃培养箱孵育10min);

  3、向其中加入2.5M甘氨酸水溶液(0.89ml,使其终浓度为0.2M)猝灭甲醛,放回旋转器常温振荡5分钟(或常温摇晃几下,均匀后,静置5分钟);

  4、去除培养液,用预冷的1×PBS(10ml)洗细胞两次。

  5、去除大部分PBS并在盘中剩余0.5ml PBS,用细胞铲刀将细胞刮下,用移液器将细胞吸入新1.5ml离心管中,放在冰上,用1ml质量百分含量0.5%BSA/PBS冲洗细胞,收集剩余的细胞到该离心管中。

  6、350g 4℃离心5min。去除上清,得到固定后细胞,冻存(-80℃)或直接进行下一步。

  二、细胞膜裂解

  1、取四管-80℃冻存的(一管约2million)固定后细胞,解冻团块,放于冰上,加入冰冷的1×PBS分装五管(四管1million,一管3million,如图2),一管(1million)进行如下eHi-C标准步骤。

  2、用1.0ml 0.1%SDS FA细胞裂解缓冲液(质量百分含量1%PI,50mM pH7.5HEPES-KOH,150mM NaCl,1mM EDTA,体积百分含量1%Triton X-100,质量百分含量0.1%脱氧胆酸钠,质量百分含量0.1%SDS)重悬上述1的细胞团;在4℃冷室中旋转(仪器名字:QB-210Multipurpose shaker)裂解15min.4℃500g离心5min.去除上清。

  3、重复步骤2,收集沉淀,得到细胞核团块。

  细胞团块主要是细胞核,呈白色。-80℃保存细胞核团块或者继续进行细胞核裂解。

  三、细胞核裂解

  1、解冻-80℃保存上述二得到的细胞核团块,放于冰上。

  2、先用1.0ml 1%SDS FA细胞核裂解缓冲液(质量百分含量1%PI,50mM pH 7.5HEPES-KOH,150mM NaCl,1mM EDTA,1%体积百分含量Triton X-100,质量百分含量0.1%脱氧胆酸钠,质量百分含量1%SDS)重悬细胞团;在4℃冷室中旋转裂解15min;10℃20,000g离心15min.去除上清。

  3、再加1.0ml 0.1%SDS FA细胞裂解缓冲液(含1%PI)重悬(先加300ul,并用1ml移液枪的枪头将团块打碎,再补齐到1.0ml);在4℃冷室中旋转裂解15min.4℃20,000g离心15min.去除上清;得到染色质。

  (二)酶切染色质

  用500ul 1×NEBuffer 2(NEB;#B7002S)吹洗上述(一)获得的染色质团块,4℃20,000g离心15min.去除上清。重复一次。

  用枪头再次打碎团块,加35.5ul 1×NEBuffer 2,尽可能重悬混合完全,得到重悬后染色质;再向重悬后染色质中加入2ul共40U HindIII(NEB;R0104L)37℃裂解过夜,得到酶切后DNA。

  (三)、DNA末端标记和钝端环化连接

  1、取3.3ul dNTP混合物(1.5ul 10mM dATP,1.5ul 10mM dGTP,1.5ul 10mM dTTP和37.5ul 0.4mM biotin-14-dCTP(Thermo Fisher;19518018))和1ul 5U/ul Klenow(NEB)酶加入酶切后DNA中,混匀,37℃孵育45min,补齐并标记DNA末端,之后放于冰上,得到标记后DNA分子;

  加入6.8ul质量百分含量10%SDS(终浓度约15%)65℃孵育30min,将酶灭活。之后迅速放置于冰上。

  2、向标记后DNA分子中添加新制备的608ul连接反应液(59.4ul体积百分含量10%Triton X-100水溶液,59.4ul 10×ligation buffer(500mM pH7.5 Tris-HCl,100mMMgCl2,100mM DTT);6.4ul 10mg/ml BSA水溶液;6.4ul 100mM ATP水溶液;477ul超纯水),混匀后加入4ul T4DNA ligase(1U/ul),16℃孵育过夜,进行钝端连接,得到环状DNA。

  (四)、DNA纯化

  1、为了解耦交联并裂解蛋白,向每个样品管中加入4ul proteinase K(10mg/ml),65℃孵育至少1h。

  2、加入792ul Ampure XP beads(Beckman Coulter;A63881)(150ul原装Beads用Beads solution(质量百分含量30%PEG 8000水溶液和5M NaCl水溶液按照体积比为1:1混匀)稀释10倍),混匀,常温静置5min。

  3、将含有beads的样品放于磁力架上,静置5分钟,溶液变澄清。

  4、移液枪吸出上清液,加入700ul新鲜制备的80%EtOH(乙醇溶液,体积分数85%),清洗两次。添加时保证样品管始终在磁力架上,每次清洗时,常温孵育30秒。

  5、第二次清洗时,略微旋转样品管,重新放回磁力架上,用10ul移液枪去除残余的EtOH,常温5min晾干。

  6、加入38ul超纯水,简单涡旋混合。放回磁力架,约5min后溶液变澄清,将上清液转移到新的1.5ml离心管中,得到纯化后环状DNA。

  (五)、引入环状共沉淀DNA

  1、将3.5ul环状共沉淀DNA(NLS-NgAgo-pcDNA3.1;Miaolingbio;VT1161-03;添加环状共沉淀DNA,为了作为对照观察打断效果,8246bp,保证500ng-1ug)加入到上述(四)得到的纯化后环状DNA中,得到加入质粒后的样品。

  2、用Lambda(NEB;M0262L)和RecJf(NEB;M0264L)外切酶37℃消化1h(尽量消除线性化DNA,增加环化效率);具体:加入质粒后的样品38.5ul,10×Lambda外切酶缓冲液5ul,Lambda外切酶0.5ul,RecJf外切酶3ul,得到消化后产物。

  (六)、DNA再次纯化

  A、再次纯化

  将(五)得到的消化后产物再次进行Ampure XP beads纯化,方法与(四)相同;具体如下:

  60ul Ampure XP beads(50ul原装Beads用Beads solution(30%PEG 8000水溶液:5M NaCl水溶液=1:1)稀释10倍后使用,剩余放入4℃冰箱下次再用)加入消化后产物混匀,常温静置5min;将含有beads的样品放于磁力架上,静置5分钟,溶液变澄清。移液枪吸出上清液,加入500ul新鲜制备的80%EtOH(乙醇,体积分数85%),清洗两次。添加时保证样品管始终在磁力架上,每次清洗时,常温孵育30秒。第二次清洗时,略微旋转样品管,重新放回磁力架上,用10ul移液枪去除残余的EtOH,常温5min晾干。加入130ul TE缓冲液,吸打或简单涡旋混合,得到纯化后环状共沉淀和环状DNA混合物。

  B、两个预试验

  预试验1、beads原液稀释倍数摸索

  Qubit 3.0测得质粒DNA NLS-NgAgo-pcDNA3.1浓度为25.6ng/ul,取3份20ul质粒(512ng),进行三种纯化处理:beads原液组、Beads solution5倍稀释组和Beads solution10倍稀释组,处理方式为A中所示的Ampure XP beads纯化方法,结果如表1所示,表明,Beads稀释在保证效果的前提下节约成本,10倍稀释Beads与5倍稀释效果相当。

  表1为不同稀释倍数磁珠纯化比较

  

  

  预试验2、Lambda和RecJf外切酶消除线性化DNA是否进行

  针对Lambda和RecJf外切酶消除线性化DNA进一步详细测试,结果显示线性化消除高效,如图4。

  质粒(NLS-NgAgo-pcDNA3.1;Miaolingbio;VT1161-03)用Hind III过夜酶切,酶切体系为:质粒(NgAgo,256ng/ul)2ul,Hind III 2ul,1×NEBuffer 2 36ul.2个重复,共得到至少800ng线性DNA;

  取200ng质粒和200ng线性DNA混合的得到Mixture;

  将线性DNA、质粒和Mixture按照A中所示的Ampure XP beads纯化方法纯化,电泳,上样量统一为100ng,结果如图4a所示,Mixture中明显分开了三种不同形式的DNA:开环DNA,线性DNA,超螺旋DNA。

  将Mixture按照表2所示的不同酶切体系进行酶切,得到1倍酶切后Mixture、2倍酶切后Mixture和3倍酶切后Mixture。

  将质粒、线性DNA、1倍酶切后Mixture、2倍酶切后Mixture和3倍酶切后Mixture分别再按照A中所示的Ampure XP beads纯化方法纯化,电泳,上样量统一也为100ng.

  表2不同的倍数的外切酶对Mixture中线性DNA消除

  

  结果如图4b,可以看出,1倍外切酶切处理后,消除线性DNA效果就立显(与图4a中Mixture对比),随着酶量增多,消除效果增加。

  (七)、超声打断

  将130ul(六)的A获得的纯化后环状共沉淀和环状DNA混合物(Beads已经被除去)转移到microTUBE AFA(Covaris 220)管中,按程序设定(Duty Cycle 5%,Intensity 105,Cycles per Burst 200,Time 240s)打断环化DNA,得到片段化环状共沉淀和环状DNA混合物。

  检测超声打断效率,取10ul片段化环状共沉淀和环状DNA混合物跑E-gel检测声波降解法的效率,结果如图5所示,图5a为对照(设定Intensity 5时(现有的Hi-C技术设定参数),未打断,图5b为片段化环状共沉淀和环状DNA混合物的打断结果,可以看出,本发明的方法弥散,超声打断效果好。

  (八)、免疫磁珠抓取

  先混匀 MyOneTMStreptavidin T1溶液(Life technologies;65602),然后向每个PCR管中加入50ul混匀后的Dynabeads原溶液。用150ul 2x B&W缓冲液(10mMpH7.5Tris-HCl,1mM EDTA,2M NaCl)清洗Beads两次(清洗时,轻弹管壁,常温800rpm简单旋转),放磁力架(Magnetic Stand-96)上至少2min,去除缓冲液。120ul 2x B&W缓冲液重悬。

  转移120ul上述(七)得到的片段化环状共沉淀和环状DNA混合物到120ul清洗过的Dynabeads悬浮液中(总体积240ul)。常温孵育,并旋转(仪器Intelli-Mixer)混匀30min。用150ul 1x B&W缓冲液(用2×稀释一倍得到)清洗Beads两次(清洗时,轻弹管壁,常温800rpm简单旋转)放磁力架上至少2min,去除缓冲液。加22.5ul超纯水溶解Beads,得到生物素标记DNA片段,去除了环状共沉淀相关片段。

  之后步骤全伴随免疫磁珠进行。

  (九)、文库制备

  1、末端修复和加尾反应

  体系为:上述(八)得到的生物素标记DNA片段样品22.5ul,End Repair&A-Tailing缓冲液,3.5ul,KAPA Frag缓冲液(10X)2.5ul,End Repair&A-Tailing酶1.5ul(KAPABiosystems;KK8502).

  轻轻涡旋震荡,冰浴,转移到PCR仪上立即进行孵育(20℃,30min65℃,30min;4℃,∞),得到末端修复和加尾反应产物。

  2、加接头

  制备连接混合液(末端修复和加尾反应产物30ul,Adapter储存液(Illumina;MiSeq Reagent Kit v3 150-cycle;MS-102-3001)2ul,超纯水3ul,连接缓冲液15ul,DNA连接酶5ul)。完全混匀,轻微离心。快速进行Adapter连接。20℃孵育15min,得到加接头后产物。

  3、PCR扩增

  制备PCR混合物(2X KAPA HiFi HotStart Ready预混液(KAPA Biosystems;KK8502)10ul,10X KAPA文库扩增引物预混液(KAPA Biosystems;KK8502)2ul,2得到的加接头后产物1ul,超纯水9ul,彻底混匀,简单离心。按如下程序设置PCR。预变性:98℃1min;18或28个循环(变性:98℃15s;退火:60℃30s;延伸:72℃30s);终延伸:72℃5min;保存:10℃∞min。得到PCR产物。

  取5ul PCR产物跑E-gel,进行Smear条带观察质量控制,如图6a,可以看出18个循环即可正好满足250-500bp的切胶范围;28个循环已经扩增过度。

  4、选择文库

  使用胶回收试剂盒进行大小100bp-700bp(本次取250-500bp)片段,即为eHi-C测序文库(5-standard组即标准eHi-C得到)。

  (十)Mi-Seq测序

  利用Miseq@Reagent Kit v3(150Cycles PE,带有内参对照Phix对照组)试剂盒进行Mi-seq测序,如图6b。上机测序数据通过Illumina Sequencing Analysis Viewer进行结果评估。

  结果如图7-12,图7为Q值热图;循环整齐均一,中间为Index。

  图8为碱基比例图(%),结果显示无GC或AT分离,含量无偏离。

  图9为Error rate错误率,Error rate中reads错误率小于1.5质量优良。

  图10为大于Q30的值所占的百分比,所有循环的Reads Q值大于30的比例,发现最小比例85%以上,说明处理后的数据质量均优良。

  图11为Q值分布柱形图,反映测序过程中不同阶段的数据质量,Q30平均值为93.2%(即总体水平Q值>30所占比例),测序总体(五个处理均包含)质量非常好。

  图12为混合样本的均一度,其中5为本实施例结果。

  实施例2、细胞eHi-C测序其他方法

  一、方法(图2所示):

  1、1-Option组:与实施例1的方法基本相同,唯一不同的是(二),得到1-Option组eHi-C测序文库:

  用500ul 1×NEBuffer 2(NEB;#B7002S)吹洗上述(一)获得的染色质团块,4℃20,000g离心15min.去除上清。重复一次。用枪头再次打碎团块,加38ul 1×NEBuffer 2,尽可能重悬混合完全,得到重悬后染色质。

  将3.8ul质量百分含量为1%SDS水溶液加入重悬后染色质中,使SDS的终浓度为0.1%,混匀,65℃孵育10min,以去除不与DNA直接交联的蛋白;孵育后立即把离心管放于冰上,加入4.4ul体积百分含量为10%Triton X-100猝灭SDS,小心混匀避免气泡;得到处理后染色质;

  将处理后染色质中加入2ul共40U HindIII(NEB;R0104L)37℃裂解过夜,得到酶切后DNA。

  2、2-Bead组:与实施例1的方法基本相同,唯一不同的是(四)DNA纯化和(六)、再次纯化时使用不稀释的Beads原液,得到2-Bead组eHi-C测序文库;

  3、3-3M cells组:与实施例1的方法基本相同,唯一不同的是(一)的二的细胞数量为3million,得到3-3M cells组eHi-C测序文库;

  4、4_T4组:与实施例1的方法基本相同,唯一不同的是(三)的2中连接反应液中的超纯水替换为质量百分含量7.5%PEG 8000水溶液,得到4_T4组eHi-C测序文库;

  改变后的连接体系为:59.4ul体积百分含量10%Triton X-100溶液、59.4ul 10×ligation buffer(500mM pH7.5 Tris-HCl,100mM MgCl2,100mM DTT)、6.4ul 10mg/ml BSA溶液、6.4ul 100mM ATP溶液和477ul质量百分含量7.5%PEG 8000水溶液。

  5、5-standard:实施例1的方法,得到5-sndarde组标准eHi-C测序文库;

  6、Phix对照组:Miseq@Reagent Kit v3中的内参对照Phix对照组。

  二、Mi-Seq测序

  与实施例1的(十)相同,测序文库的均一度结果如图12所示,1-5为5个处理组,6为Phix对照组;表示每个样本Reads量是不是一样多;可以看出以5_Standard组为标准eHi-C,1_Option组(仅附加SDS和Triton X-100去除不与DNA直接交联的蛋白,其余步骤与5_Standard组一致)、2_Bead组(仅DNA纯化时使用不稀释的Beads原液,其余步骤与5_Standard组一致)和3_3M cells组(仅细胞数量为3million,步骤与5_Standard组一致)的Reads比例均大于5_Standard组,4_T4组(仅在钝端环化连接步骤超纯水替换为质量百分含量7.5%PEG 8000,其余步骤与5_Standard组一致)比例降低。所以,1_Option组可以在增加可用Reads量的基础上,除净与DNA未交联的蛋白,进一步增加酶切、环化效率;2_Bead组反映标准eHi-C可以在保证可用Reads量的基础上,达到同样纯化效果同时进一步节约成本,4_T4组可稍微调低连接效率,降低可用Reads量,负向调整。本标准方法的集中优化均能达到目的,并可以按照需求优化组合。

《一种高效的全基因组染色质构象技术eHi‑C.doc》
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