甲基化是基因表达的主要调控方式之一，它在维持细胞正常功能、传递基因组印记，胚胎发育、肿瘤发生等方面起着至关重要的作用，更是表观遗传学研究的热点。
全基因组甲基化测序是将重亚硫酸盐处理和Illumina HiSeq 高通量测序平台相结合，能够绘制单碱基分辨率的DNA甲基化图谱。用标准bisμlfite方法处理DNA后，未甲基化的胞嘧啶C会脱氨基形成尿嘧啶U。经过PCR扩增，尿嘧啶U替换为胸腺嘧啶T，而发生甲基化的胞嘧啶C保持不变。通过Bisulfite处理序列与参考序列的比对，可对全基因组甲基化情况进行定量分析。
全基因组甲基化测序可用于研究物种特定DNA区域甲基化与特定表型之间的关联，并进一步研究环境、营养以及其他因素对特定基因甲基化的影响，为人类疾病的发生、治疗，以及动植物分子育种等提供研究基础。
1、实验方案
平台：Illumina NextSeq 500或HiSeq 3000 PE150
数据量：推荐测序深度30~50×
（所测物种须有全基因组参考序列）
2、技术优势
（1）高效快速：借助高通量测序平台可以快速检测出全基因组的甲基化情况；
（2）性价比高：相对于传统的 PCR+Sanger测序方法，费用少；
（3）检测精度高：单碱基分辨率，精确分析每一个C碱基的甲基化状态。
3、数据分析
3.1 标准信息分析
（1）按标准流程进行数据整理及数据质量评估；
（2）Bisulfite测序序列与参考基因组比对；
（3）甲基化位点检测；
（4）全基因组甲基化水平统计：CG、CHG、CHH的甲基化水平；
（5）染色体水平甲基化分布统计；
（6）不同基因组功能元件甲基化分布统计；
（7）CpG、CHG 和CHH 甲基化比例统计；
（8）差异性甲基化区域分析（DMR）；
（9）全基因组甲基化图谱绘制。
3.2 高级信息分析
根据客户具体研究进行的个性化分析。
4、技术流程
5、案例分析
案例（1）人类早期胚胎全基因组水平的DNA甲基化图谱的绘制
来自北京大学、哈佛大学等机构的研究人员采用全基因组亚硫酸氢盐测序法（whole-genome bisulfite sequencing），对从合子期到植入后的人类早期胚胎甲基化组进行了系统分析。研究人员证实，不同于以往在小鼠研究中观察的结果，主要一波全基因组去甲基化是在2-细胞期完成。并且父方基因组的去甲基化速度要快于母方基因组，到合子期结束时雄性原核中全基因组甲基化水平要低于雌性原核。在早期胚胎发育过程中启动子甲基化与基因表达之间的负相关关系逐渐增强，在植入后阶段达到高峰。
此外，研究人员还证实一些在多能人类胚胎干细胞中启动子区域带有H3K4me3标记的活性基因，在成熟配子和整个植入前胚胎发育过程中都缺乏DNA甲基化。
图1 配子特异的甲基化差异区域图（DMRs）
图2 人类早期胚胎发育的DNA甲基化模式特征
案例（2）低氧导致鱼繁殖过程中跨代遗传的损伤
低氧是水生环境中最普遍和紧迫的问题。研究人员为证明鱼类（Oryzlas melastigma）在暴露于低氧环境下表现出子一代和子二代的生殖性损伤（性腺发育障碍，精子数目和能动性的下降），尽管该后代（以及他们的生殖细胞）还没有暴露于低氧环境中。利用甲基化测序进一步研究，发现跨代遗传的生殖性损伤与F0和F1代中精子的特殊基因的一个特异的甲基化模式相关，同时与可能损伤精子形成的转录组和蛋白质组改变所相关。这种跨代遗传和表观遗传的表现可能提示低氧环境可能是鱼类种群数目的一种长期威胁。因为负责调控精子形成与后天修复的基因是在脊椎动物中高度保守的，所以这个结果也可能说明了低氧环境下导致的跨代遗传会发生在其他脊椎动物中，包括人类。
图1 差异甲基化区域分析
参考文献
[1] Guo et al. The DNA methylation landscape of human early embryos. Nature, 2014.
[2] Wang et al. Hypoxia causes transgenerational impairments in reproduction of fish. Nature Communications, 2016.
