基因组甲基化

作者: nnlrl | 来源:发表于2019-07-21 17:11 被阅读22次

    1 介绍

    DNA中碱基的化学修饰一直是生命科学领域研究的热点之一。上世纪中期,就发现DNA胞嘧啶可以被甲基基团修饰,被修饰的碱基称为5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine5mC),被认为是第5种碱基。

    5mC是一种重要的表观遗传学标记,在基因表达调控、基因印记、X染色体失活以及胚胎发育等生物学过程中起到重要的作用。

    BS-seq:通过BS处理,将非甲基化的C转化为U,而甲基化状态的C保持不变,通过简单的测序便可对甲基化修饰信号进行检测,极大的简化了研究手段,促进了表观遗传学的发展。BS就像是一个转化器,将“修饰信息”转化为“碱基信息”。

    甲基化如何调控DNA表达:

    1. DNA甲基化的形成 普通的C变为 mC。
    2. DNA甲基化的维持 DNA复制过程中,新合成的互补链如何保留原互补链的信息。
    3. DNA去甲基化 移除旧的信息,才能写入新的信息。

    2 分析流程

    bismark--DSSoredmr
    首先bismark通过bowtie对参考基因组构建索引并将测序文件比对回参考基因组,之后进行去重复,最后对甲基化位点进行识别并生成网页版报告,这样就完成了上游的分析

    基因表达过程中的复杂调控

    3 代码展示

    前面工作和基因组测序差不多

    #构建索引
    bismark_genome_preparation --path_to_bowtie /software/bowtie2-2.2.3/ --verbose ref/
    ##这里ref是fasta的路径
    
    #比对
    bismark --bowtie2 -N 0 -L 20 -p 5 --sam -o test-mapping-out ref/ /WGBS-example/test_data.fastq
    ##-N 0-1 实在比对的时候允许0-1个错配信息,-L 是在比对的时候建立的seed大小为20(类似与k-mer,20-36之间),
    ##-sam指输出的格式为sam,这里是单端测序文件,如果是双端需要使用-1 -2 参数指定双端fq文件。
    

    去重复并生成最终注释文件

    #去重复
    deduplicate_bismark -s test-mapping-out/test_data_bismark_bt2.sam
    
    #识别到甲基化的C
    bismark_methylation_extractor -s --comprehensive --no_overlap --bedGraph --counts --buffer_size 1G --report --cytosine_report --genome_folder ref/ test_data_bismark_bt2.deduplicated.sam -o ./CpGout
    ##-s 单端测序,双端用-p,--bedGraph 识别甲基化位点后输出bedGraph文件,--buffer_size 指定使用内存,--report --cytosine_report 生成报告文件,--genome_folder 输入参考基因组以及索引的路径。
    
    less -S ./CpGout/test_data_bismark_bt2.deduplicated.bismark.cov.gz
    chr1    564677  564677  0       0       1
    chr1    564692  564692  0       0       1
    chr1    564698  564698  0       0       1
    chr1    566715  566715  0       0       1
    chr1    566724  566724  0       0       1
    chr1    566732  566732  0       0       1
    chr1    566740  566740  0       0       1
    chr1    567206  567206  0       0       1
    chr1    567239  567239  0       0       1
    chr1    569745  569745  0       0       1
    chr1    910856  910856  100     1       0
    chr1    910868  910868  100     1       0
    chr1    910870  910870  100     1       0
    # 第一列代表染色体
    # 第二,三列代表染色体起始终止位点
    # 第四列代表甲基化百分比
    # 第五列代表甲基化数目
    # 第六列代表未甲基化数目
    

    bismark还支持生成网页版报告

    #生成网页版报告
    bismark2report --alignment_report test-mapping-out/test_data_bismark_bt2_SE_report.txt
    ##甲基化率针对某个位点,甲基化比率针对整个基因组
    

    随后就可以使用DSS或者edmr等R包进行后续的差异分析啦

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