研究新進(jìn)展——單分子測(cè)序助力細(xì)菌甲基化組的分析

New England Biolabs聯(lián)合Pacific Biosciences的研究人員利用PacBio RS系統(tǒng)對(duì)6種細(xì)菌基因組進(jìn)行了重測(cè)序，不僅鑒定出細(xì)菌基因組中新的胞嘧啶和腺嘌呤甲基化位點(diǎn)，還鑒定出介導(dǎo)這些表觀遺傳學(xué)標(biāo)志的甲基轉(zhuǎn)移酶。該研究成果近日發(fā)表在《Nucleic Acids Research》上。

近年來(lái)，甲基化研究持續(xù)升溫。在哺乳動(dòng)物中，研究的熱點(diǎn)從第五種堿基5-mC一直延續(xù)到5-hmC、5-fC和5-caC。在細(xì)菌基因組中，N6-甲基腺嘌呤（m6A）和N4-甲基胞嘧啶（m4C）也很常見，它們作為限制修飾（RM）系統(tǒng)的一部分而行使功能。然而，因缺乏定位這些甲基化的簡(jiǎn)單方法，它們常常被忽略。直到單分子實(shí)時(shí)（SMRT）測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn)，這些甲基化修飾的鑒定才變得很簡(jiǎn)單。

在這項(xiàng)研究中，New England Biolabs（NEB）聯(lián)合PacBio的研究人員對(duì)6種細(xì)菌基因組進(jìn)行了重測(cè)序。這6種細(xì)菌分別為：Geobacter metallireducens、Chromohalobacter salexigens、Vibrio breoganii、Bacillus cereus，以及空腸彎曲桿菌（Campylobacter jejuni）的兩個(gè)亞種。這些細(xì)菌之前也在其他平臺(tái)上測(cè)序過(guò)，但這次是利用PacBio RS系統(tǒng)來(lái)特異分析其甲基化組。

細(xì)菌基因組中的甲基化堿基作為限制修飾系統(tǒng)的一部分發(fā)揮著重要功能，它們保護(hù)宿主不受其他限制性內(nèi)切酶的有害作用。然而，在一些情況下，這些甲基轉(zhuǎn)移酶（MTase）還發(fā)揮調(diào)控作用，引入m6A殘基，在DNA修復(fù)中發(fā)揮作用。

研究人員之前將單個(gè)MTase基因克隆到質(zhì)粒上，并在甲基化缺陷型大腸桿菌菌株中增殖，以分析其識(shí)別位點(diǎn)，然而，質(zhì)粒研究的結(jié)果不是很明確。因此，研究人員考慮用SMRT測(cè)序方法來(lái)直接分析細(xì)菌基因組，從而獲得甲基化程度的準(zhǔn)確估計(jì)。

通過(guò)這種方法，研究人員在細(xì)菌基因組中發(fā)現(xiàn)了多個(gè)新的N6-甲基腺嘌呤（m6A）和N4-甲基胞嘧啶（m4C）甲基化模式，并了負(fù)責(zé)那些甲基化模式的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶。

作者認(rèn)為，SMRT測(cè)序能為基因組中存在的活性MTase提供功能信息，并破譯它們的識(shí)別序列。這種方法，以及它所帶來(lái)的長(zhǎng)讀取，是現(xiàn)有高通量測(cè)序平臺(tái)的一個(gè)很好輔助手段，便于序列組裝，并可靠記錄基因功能。

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