NGS入门5:植物叶片样本的全基因组甲基化建库
NGS入门5:植物叶片样本的全基因组甲基化建库
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2026-10-21
DNA甲基化是指将甲基基团添加到DNA分子上的过程,最早于1950年在动植物DNA中被发现。这一表观遗传修饰在不改变DNA序列的前提下,能够调控基因表达、维持基因组完整性,并在植物适应环境过程中发挥重要作用。
在植物中,DNA甲基化发生在三种不同的序列背景下:
由DNA甲基转移酶1(MET1)维持,占植物甲基化位点的60%-70%,主要富集于基因启动子和转座子区域
依赖染色质甲基化酶3(CMT3),与组蛋白H3K9me2协同维持,多分布于异染色质区域
通过RNA指导的DNA甲基化(RdDM)途径从头建立,由域重排甲基转移酶2(DRM2)催化,在基因 body 和转座子边界动态变化。
研究表明,植物中的DNA甲基化状态是动态的,受到从头甲基化、甲基化维持和去甲基化三个过程的精密调控。这种修饰可以在不改变DNA序列的情况下,通过改变染色质结构或阻碍转录因子结合,从而在转录层面上调控基因表达。
DNA甲基化通过抑制转座子活性和调控发育基因表达影响植物生命周期。
DNA甲基化是植物快速响应环境胁迫的“分子开关”。
DNA甲基化直接调控色素、风味物质、药用成分的合成。
全基因组甲基化建库的核心在于“捕获”原本的甲基化信号。目前主流的方法是重亚硫酸盐测序(Bisulfite Sequencing, BS-Seq)。其原理是利用重亚硫酸盐(Bisulfite)将DNA序列中未甲基化的胞嘧啶(C)转化为尿嘧啶(U),而甲基化的胞嘧啶保持不变(测序时显示为T)。经过PCR扩增后,通过比对参考基因组,即可识别甲基化位点。
建库流程主要分为三个阶段:样本DNA提取、甲基化建库(转化)、文库质检。
高质量、高纯度的基因组DNA是后续建库成功的基础。植物叶片富含多糖、多酚等次生代谢物,极易抑制酶活性,因此需要高效的提取方案。
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异丙醇(用于DNA沉淀/结合)
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RNase A(去除RNA污染)
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无水乙醇(用于洗涤液的配制)
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研磨仪(配合液氮,用于粉碎坚韧的植物细胞壁)
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恒温金属浴
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离心机(13000 rpm)
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移液器
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磁力架(用于磁珠法纯化)
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涡旋混匀仪
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样本裂解:将植物叶片在液氮中研磨成粉末,转移至离心管。加入裂解液和RNase A,涡旋混匀。
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杂质去除:加入絮凝剂,冰浴离心,去除沉淀(含多糖多酚)。
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结合与纯化:转移上清,加入异丙醇和磁珠。混匀后置于磁力架上吸附,弃去废液。加入洗涤液A和B各两次,洗涤杂质。
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洗脱:空气干燥磁珠,加入洗脱液,65℃震荡孵育洗脱DNA。
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保存: -20℃短期保存或-80℃长期保存。
Post-BS法先进行亚硫酸氢盐转化,再以单链DNA为模板进行建库,适用于微量样本(10 pg-250 ng)。
2.A.1 试剂准备
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超快速DNA亚硫酸氢盐转化试剂盒(磁珠法),Cat#12229ES
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单链DNA甲基化建库试剂盒,Cat#12221
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PCR Index引物,Cat#12414ES-12415ES
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DNA Selection Beads磁珠,Cat#12601ES
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无水乙醇(新鲜配制80%乙醇)
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ssDNA Assay Kit for Qubit,Cat#12645ES
2.A.2 仪器设备
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PCR仪(带热盖)
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磁力架(适用于1.5 mL离心管和PCR管)
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金属浴(55℃)
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涡旋振荡器
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离心机
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Agilent 2100 Bioanalyzer(或等效设备)
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Qubit荧光计
2.A.3 实验步骤
Step 1 DNA亚硫酸氢盐转化
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DNA片段化:将提取的DNA通过超声或酶切打断至200-500bp
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试剂准备:洗涤液按规格加入无水乙醇,颠倒混匀备用;转化液有结晶可 50℃加热溶解,磁珠使用前充分振荡。
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亚硫酸氢盐转化:在无核酸酶 PCR 管中混合 DNA 与转化液,混匀离心后,PCR 仪 95℃反应 10 分钟,4℃保温。
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产物结合:将转化液转入离心管,加结合液和磁珠混匀,室温孵育 5-10 分钟。
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磁珠分离与洗涤:磁力架分离弃上清,加洗涤液混匀后再次磁力分离弃上清。
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脱硫处理:加脱硫液混匀,室温孵育 15 分钟,磁力分离弃上清。
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二次洗涤:用洗涤液重复洗涤两次,磁力分离后尽量弃尽残留液体。
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磁珠干燥:55℃金属浴孵育 5-10 分钟或室温干燥 20-30 分钟,确保磁珠完全干透。
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DNA 洗脱:加洗脱液混匀,55℃孵育 5 分钟,磁力分离后取上清,即得转化后 DNA,可直接下游实验或低温保存
Step 2 单链甲基化建库
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DNA 预处理:将片段化 DNA 补水至 30μL,95℃变性 3min 后立即冰浴 2min,保持单链状态。
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3’接头连接:冰上配制连接预混液,加入变性 DNA 后,37℃反应 15min、95℃失活 2min,完成 3’端接头连接。
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互补链延伸:向连接产物加入延伸试剂,按程序完成互补链合成,得到双链 DNA。
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第一次纯化:用 1.2× 磁珠纯化延伸产物,乙醇漂洗、干燥后用水洗脱,取上清备用。
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5’接头连接:向纯化产物加连接缓冲液、5’接头与连接酶,20℃反应 15min,完成 5’端接头连接。
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第二次纯化:用 0.6× 磁珠纯化 5’连接产物,洗脱后取上清用于扩增。
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文库扩增:加入扩增 Mix 与 Index 引物,按起始量选择循环数进行 PCR,获得足量文库。
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终纯化:用 0.85× 磁珠纯化扩增产物,干燥洗脱,得到可测序的最终甲基化文库。
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文库质控:用 qPCR 定量、Bioanalyzer 检测片段分布,评估文库质量。
Pre-BS法先完成接头连接和文库构建,最后进行亚硫酸氢盐转化,适用于起始量较高的样本(10 ng-1000 ng),操作流程更接近常规DNA建库。
2.B.1 试剂准备
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双链DNA甲基化建库试剂盒,Cat#12214
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PCR Index引物,Cat#12414ES-12415ES
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超快速DNA亚硫酸氢盐转化试剂盒(磁珠法),Cat#12229ES
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DNA Selection Beads磁珠,Cat#12601ES
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无水乙醇
2.B.2 仪器设备
同方案A。2.B.3 实验步骤
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DNA片段化:将提取的DNA通过超声或酶切打断至200-500bp。
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末端修复与加 A 尾:片段化 DNA 经补平、磷酸化及 3′加 dA 尾,30℃反应 30min,72℃反应 30min。
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甲基化接头连接:按 DNA 量稀释接头,加入连接体系,20℃反应 15min 完成接头连接。
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连接产物纯化:用 0.8× 磁珠纯化,乙醇漂洗、干燥后水洗脱,去除未连接接头与二聚体。
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文库转化:用亚硫酸氢盐法对连接产物转化,参考方案A的转化流程,转化后尽快进行下游操作。
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文库扩增:加入扩增 Mix 与 Index 引物,按样本起始量选择 PCR 循环数进行富集扩增。
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扩增产物纯化:用 0.9× 磁珠纯化扩增产物,干燥洗脱,得到可测序的最终文库。
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文库质控:以 qPCR 定量、Bioanalyzer 检测片段分布,验证文库质量。
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检测项目 |
方法/仪器 |
合格标准 |
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片段大小分布 |
Agilent Bioanalyzer 2100 |
主峰300-500 bp,无明显接头二聚体(<150 bp) |
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文库浓度 |
Qubit dsDNA HS Assay Kit |
浓度≥2 nM(Illumina平台) |
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转化效率验证 |
亚硫酸氢钠处理后C→T转化率检测 |
非甲基化λDNA转化率≥99%;5mC保留率≥95% |
永利3044集团官网(YEASEN)提供完整的甲基化建库解决方案,覆盖从DNA提取到文库构建的全流程。
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产品类别 |
产品名称 |
货号 |
规格 |
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DNA提取 |
18800ES |
5T/50T/200T |
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18801ES |
50T/200T |
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18529ES |
20T/50T/200T |
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MolPure® Mag16 /48Plant DNA Kit(Prepackaged)磁珠法16/48孔通用植物DNA提取试剂盒(预装版) |
18532ES |
16T/48T |
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甲基化转化 |
Hieff® Superfast DNA Methylation Bisulfite Kit 5 min超快速柱法甲基化化学转化试剂盒 |
12225ES |
10T/50T |
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Hieff® Mag Superfast DNA Methylation Bisulfite Kit 超快速DNA亚硫酸氢盐转化试剂盒(磁珠法) |
12229ES |
10T/50T |
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12213ES |
8T/24T/96T |
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12212ES |
8T/24T/96T |
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甲基化建库 |
Hieff NGS® Methyl-seq ssDNA library Prep kit for Illumina® V2 单链甲基化建库试剂盒 |
12221ES |
8T/24T/96T |
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Hieff NGS® dsDNA Methyl Library Prep Kit for Illumina®双链甲基化建库试剂盒(WGBS、RRBS适用) |
12214ES |
8T/24T/96T |
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定量试剂 |
12645ES |
100T/500T |
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12642ES |
100T/500T |
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纯化磁珠 |
Hieff NGS® DNA selection Beads (Superior Ampure XP alternative)DNA纯化分选磁珠 |
12601ES |
1mL/5mL/60mL/450mL |






