ATAC-seq（Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high throughput sequencing）是研究染色质可接近性的一种表观技术，用于鉴定染色质中未被组蛋白组成的核小体缠绕保护的开放区域。这项技术自 2013 年被美国 Stanford 大学的 William Greenleaf 等人提出并粉墨登场后，迅速在表观技术中占有一席之地，每年以 ATAC-seq 为主要技术的文章发表数量逐年递增并呈指数增长，并且渐渐替代 MNase-seq、FAIRE-seq 及 DNAse-seq 在表观舞台上的角色，为大多数表观专家所喜爱。
ATAC-seq 技术主要是利用 Tn5 这个可爱的转座酶对染色质开放区域进行「温柔」的切割，然后将切割后的片段进行建库测序及后续分析，得到染色质开放区域的调控因子，方便后续的进一步研究（附上一张 ATAC-seq 经典示意图）。
为了进一步了解 ATAC-seq，我们先来简单介绍下什么叫染色质开放区域。我们都知道，真核生物的染色质是被一系列的核小体组蛋白八聚体紧紧缠绕。大多数时候基因组中的染色质都是处于紧紧盘绕的状态，但是在基因调控过程中，一些区域的染色质调控重塑后会呈现出松散的状态，这部分无核小体的裸露 DNA 区域被称为染色质开放区域或染色质可接近区域。染色质的开放区域能被大量的具有调控功能的顺反元件结合，这些顺反元件结合到染色质开放区域后，能招募其他蛋白使得基因开始转录。
染色质的开放区域并不是静止不动的，在其动态变化过程中，捕获这些染色质开发区域，能帮助我们弄清楚核小体在基因调控中的位置动态变化、发掘基因组调控元件并尽可能的揭示基因的表达调控机制。
说了这么多，我们来进入正题好好了解下 ATAC-seq 中的 Tn5 转座酶，正是因为 Tn5 转座酶的特性及其特性利用，才让我们有了 ATAC 这项技术。
Tn5 最早是在大肠杆菌中发现的，其包含三个抗生素的核心序列和两条倒置额 IS50 序列。IS50R 和 IS50L 高度同源，只是 IS50L 上存在突变。IS50 具有 19bp 的倒置末端（外末端 OE 和内末端 IE），两倒置末端有 7bp 的不同，此倒置末端是转座酶的作用位点（见下图 fig.1）。
Tn5 转座过程需要转座子的末端序列、靶 DNA、Tnp 和 Mg2+。Tnp 结合到 Tn5 的 OE 末端后，会形成两个 Tnp-OE 复合体，随后这两个复合体通过 Tnp 的 C 末端相互作用形成 Tn5 转座复合体，此时 Tnp 产生切割 DNA 的活性。到此，Tn5 这把刀彻底成型。当 Tn5 转座复合体结合到靶 DNA 上时，Tn5 转座复合体识别并攻击靶序列，将转座子插入到靶序列中（见下图 Fig.2）。
Tn5 转座复合物包含两段包埋序列，在我们实验过程中，，在 Tn5 转座复合物识别染色质开放区域后给染色质开放区域的「温柔一刀」，会形成 9bp 的 gap，需要在进行 PCR 扩增前，利用 PCR 聚合酶的特性先 72℃ 延伸来将 gap 补起来，然后正常建库就行。
ATAC-seq 有非常好的技术优势，如起始量低，实验周期短，一次性获得染色质开放区域，但是它也有一点缺点，就是 Tn5 的切割作用并不能做到小李飞刀刀无虚发，它的温柔一刀跳跃至染色质上的包埋序列若两端是一致的，则在建库时会被损失掉。
尽管 ATAC-seq 登上表观舞台历史不长，但其在表观长河中表现十分优秀，下图为 MNase-seq、FAIRE-seq 及 DNAse-seq 和 ATAC-seq 的技术比较，可以明显发现 ATAC-seq 的优势以及其取代其他相关技术的必然。
Tn5 转座酶在 ATAC-seq 的发展道路上的不俗表现，使得表观科学家们对它关注度颇高，最近较为火热的 CUT&Tag 也是借了 Tn5 转座酶这把刀，迅速登上表观舞台，相信不久的将来也会在表观舞台上引起一阵 「腥风血雨」。
武汉爱基百客生物技术有限公司专注表观技术，为广大表观专家提供优质的表观技术服务。ATAC-seq 技术我们已成功实验了各种样本包括新鲜细胞、组织及各种植物新鲜和冻存样本如水稻、拟南芥、番木瓜、香蕉等以及一些微生物样本如疫霉菌、稻曲菌等。
疫霉菌的 ATAC-seq 结果展示
水稻样本的 ATAC-seq 结果展示
值得注意的是，ATAC-seq 中，样本的保存条件对实验结果很重要，新鲜样本和冻存样本以及冻存时间较久或反复冻融样本实验结果差异较大，下面以拟南芥为例来展示武汉爱基百客测试的数据：
1、文章中拟南芥的结果
文库分布可以明显看到核小体分布情况，reads 在 TSS 上游明显富集
来源：Ou, J., Liu, H., Yu, J., et al. (2018). ATACseqQC: a Bioconductor package for post-alignment quality assessment of ATAC-seq data. BMC Genomics, 19(1), 169. doi: 10.1186/s12864-018-4559-3
2、武汉爱基百客测试数据
2.1 拟南芥新鲜原生质体
原生质体可以明显看到核小体分布，Reads 分布在 TSS 上游显著增加
2.2 拟南芥冻存样本（3 天）
短时期冻存样品依然可以看到核小体分布，Reads 在 TSS-TES 的分布也满足要求
2.3 拟南芥冻存样本（>6 month）
冻存时间较长的样本看不到明显的核小体分布并且 reads 在 TSS 上游无明显起峰趋势。
3、peak 数据及 IGV 视图结果
peak 数据表明原生质体、新鲜样品及短期冻存样本的 peak 数较多（40K-50K），符合 Encode 中指出的几万个 Peak，长时间冻存样品则结果较差，peak 数约 3K。
对于不同条件保存的样本，原生质体、新鲜样品、新鲜冻存样品结果重复性较好，且实验结果显示原生质体> 新鲜样品> 新鲜冻存样品。
要做此项目的小伙伴，要注意哈，长期冻存样本就不太适宜做此实验了！
爱基百客潜心科研服务，专注更专业。ATAC-seq 还有很长的路走，对于特殊组织及微生物样本爱基也已升级优化，欢迎选择爱基让科研更容易。
ATAC-seq 技术主要是利用 Tn5 这个可爱的转座酶对染色质开放区域进行「温柔」的切割，然后将切割后的片段进行建库测序及后续分析，得到染色质开放区域的调控因子，方便后续的进一步研究（附上一张 ATAC-seq 经典示意图）。
为了进一步了解 ATAC-seq，我们先来简单介绍下什么叫染色质开放区域。我们都知道，真核生物的染色质是被一系列的核小体组蛋白八聚体紧紧缠绕。大多数时候基因组中的染色质都是处于紧紧盘绕的状态，但是在基因调控过程中，一些区域的染色质调控重塑后会呈现出松散的状态，这部分无核小体的裸露 DNA 区域被称为染色质开放区域或染色质可接近区域。染色质的开放区域能被大量的具有调控功能的顺反元件结合，这些顺反元件结合到染色质开放区域后，能招募其他蛋白使得基因开始转录。
染色质的开放区域并不是静止不动的，在其动态变化过程中，捕获这些染色质开发区域，能帮助我们弄清楚核小体在基因调控中的位置动态变化、发掘基因组调控元件并尽可能的揭示基因的表达调控机制。
说了这么多，我们来进入正题好好了解下 ATAC-seq 中的 Tn5 转座酶，正是因为 Tn5 转座酶的特性及其特性利用，才让我们有了 ATAC 这项技术。
Tn5 最早是在大肠杆菌中发现的，其包含三个抗生素的核心序列和两条倒置额 IS50 序列。IS50R 和 IS50L 高度同源，只是 IS50L 上存在突变。IS50 具有 19bp 的倒置末端（外末端 OE 和内末端 IE），两倒置末端有 7bp 的不同，此倒置末端是转座酶的作用位点（见下图 fig.1）。
Tn5 转座过程需要转座子的末端序列、靶 DNA、Tnp 和 Mg2+。Tnp 结合到 Tn5 的 OE 末端后，会形成两个 Tnp-OE 复合体，随后这两个复合体通过 Tnp 的 C 末端相互作用形成 Tn5 转座复合体，此时 Tnp 产生切割 DNA 的活性。到此，Tn5 这把刀彻底成型。当 Tn5 转座复合体结合到靶 DNA 上时，Tn5 转座复合体识别并攻击靶序列，将转座子插入到靶序列中（见下图 Fig.2）。
Tn5 转座复合物包含两段包埋序列，在我们实验过程中，，在 Tn5 转座复合物识别染色质开放区域后给染色质开放区域的「温柔一刀」，会形成 9bp 的 gap，需要在进行 PCR 扩增前，利用 PCR 聚合酶的特性先 72℃ 延伸来将 gap 补起来，然后正常建库就行。
ATAC-seq 有非常好的技术优势，如起始量低，实验周期短，一次性获得染色质开放区域，但是它也有一点缺点，就是 Tn5 的切割作用并不能做到小李飞刀刀无虚发，它的温柔一刀跳跃至染色质上的包埋序列若两端是一致的，则在建库时会被损失掉。
尽管 ATAC-seq 登上表观舞台历史不长，但其在表观长河中表现十分优秀，下图为 MNase-seq、FAIRE-seq 及 DNAse-seq 和 ATAC-seq 的技术比较，可以明显发现 ATAC-seq 的优势以及其取代其他相关技术的必然。
Tn5 转座酶在 ATAC-seq 的发展道路上的不俗表现，使得表观科学家们对它关注度颇高，最近较为火热的 CUT&Tag 也是借了 Tn5 转座酶这把刀，迅速登上表观舞台，相信不久的将来也会在表观舞台上引起一阵 「腥风血雨」。
武汉爱基百客生物技术有限公司专注表观技术，为广大表观专家提供优质的表观技术服务。ATAC-seq 技术我们已成功实验了各种样本包括新鲜细胞、组织及各种植物新鲜和冻存样本如水稻、拟南芥、番木瓜、香蕉等以及一些微生物样本如疫霉菌、稻曲菌等。
疫霉菌的 ATAC-seq 结果展示
水稻样本的 ATAC-seq 结果展示
值得注意的是，ATAC-seq 中，样本的保存条件对实验结果很重要，新鲜样本和冻存样本以及冻存时间较久或反复冻融样本实验结果差异较大，下面以拟南芥为例来展示武汉爱基百客测试的数据：
1、文章中拟南芥的结果
文库分布可以明显看到核小体分布情况，reads 在 TSS 上游明显富集
来源：Ou, J., Liu, H., Yu, J., et al. (2018). ATACseqQC: a Bioconductor package for post-alignment quality assessment of ATAC-seq data. BMC Genomics, 19(1), 169. doi: 10.1186/s12864-018-4559-3
2、武汉爱基百客测试数据
2.1 拟南芥新鲜原生质体
原生质体可以明显看到核小体分布，Reads 分布在 TSS 上游显著增加
2.2 拟南芥冻存样本（3 天）
短时期冻存样品依然可以看到核小体分布，Reads 在 TSS-TES 的分布也满足要求
2.3 拟南芥冻存样本（>6 month）
冻存时间较长的样本看不到明显的核小体分布并且 reads 在 TSS 上游无明显起峰趋势。
3、peak 数据及 IGV 视图结果
peak 数据表明原生质体、新鲜样品及短期冻存样本的 peak 数较多（40K-50K），符合 Encode 中指出的几万个 Peak，长时间冻存样品则结果较差，peak 数约 3K。
对于不同条件保存的样本，原生质体、新鲜样品、新鲜冻存样品结果重复性较好，且实验结果显示原生质体> 新鲜样品> 新鲜冻存样品。
要做此项目的小伙伴，要注意哈，长期冻存样本就不太适宜做此实验了！
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