还在苦恼没有研究方向？还在找寻开启调控表观调控大门的钥匙？拿到材料不知如何下手？两篇ATAC联合转录组的牦牛调控机制分析或许能给你一点方向。

为了研究不同牦牛品种之间以及牦牛在成熟过程中，骨骼肌的调控如何影响肉类品质，甘肃农业大学李少斌课题组于2023年12月以及2024年4月连续在INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES（IF：5.6）上发表了2篇有关牦牛肌肉染色质图谱研究的文章，主要采用ATAC-seq+RNA-seq技术（爱基百客提供ATAC-seq和联合分析），为染色质开放性如何影响不同品种牛以及不同发育时期的骨骼肌发育提供了新的见解。文章名为“Integration of ATAC-Seq and RNA-Seq Analysis to Identify Key Genes in the Longissimus Dorsi Muscle Development of the Tianzhu White Yak”（后续解析以本文为例）以及“Integrative ATAC-seq and RNA-seq Analysis of the Longissimus Dorsi Muscle of Gannan Yak and Jeryak”。

一、研究背景

家牦牛（Domestic yak）是亚洲大部分高原地区最著名的牲畜，也是青藏高原最大的肉类哺乳动物。但其奶和肉的生产性能却比cattle-yak 以及ordinary cattle低，提高牦牛的生长速度和产肉性能一直是牦牛育种研究的重点。在这项研究中，作者选择了Domestic yak的幼年期以及成熟期，利用ATAC-seq以及RNA-seq探究了骨骼肌在成熟发育过程中的染色质开放机制，并成功鉴定出了一些与肌肉生长发育密切相关的转录因子（如SP1、YY1、MyoG、MEF2A和MEF2C），并构建了转录因子-关键基因的互作网络图谱。

（PS：另一篇研究思路其实比较类似，但研究对象更换成了品种差异）。

二、研究路线

三、研究结果

研究利用ATAC-seq在A组（Adult）和C组（Calf）中鉴定了3385和1019个特定的可及染色质峰（peak）和16583个共同峰。其中C启动子区域的峰占总面积的5.37%，而A启动子区域的峰占总面积的3.72%。此外，热图显示C组基因组中TSS和终止位点（TES）±2kb区域内的读数富集增加，ATAC-seq信号强于成年牦牛，这表明这些强信号峰可能是调控肌肉发育的关键位点。随后，对C组特有peak关联基因注释富集分析发现GO分析中的生物学过程主要与细胞过程、发育过程和细胞增殖有关，而分子功能主要富集在催化活性和转录调控活性上。此外，KEGG富集分析显示富集在与身体生长发育相关的通路上，例如MAPK信号通路、胰岛素信号通路和甲状腺激素信号通路。Motif分析发现，与成年牛相比，犊牛中NFY、Sp5、SP1、KLF1、KLF14和MEF2家族的结合强度增加，暗示这些家族的转录因子可能调控肌肉的生长发育。

随后，为了确定不同时期牦牛的基因表达模式，作者进行了RNA-seq。差异表达基因（DEG）的功能富集结果显示，GO富集结果显示这些DEG主要富集在细胞增殖、调控生物过程和转录调控活性等方面。此外，与ATAC-seq结果类似，MAPK信号通路在KEGG中富集。差异基因的结果通过RT-qPCR验证。

为了确定染色质可及区域的改变是否与基因表达水平的变化相关，研究对ATAC数据以及转录组数据进行了联合分析。发现 DEG 的表达水平与差异 ATAC-seq 信号呈负相关（Pearson's R = −0.15612，p < 0.001），并找到了4个与肌肉发育相关的差异基因ANKRD2、ANKRD1、LMOD3和BTG2，通过IGV进行了可视化。为了找到其中的调控机制，作者对差异peak进行了motif分析，转录因子鉴定以及与差异基因网络图构建，发现转录因子Sp1，YY1，MYOG，MEF2A和MEF2C在TF网络中更为重要，核心TF与关注靶基因的网络图发现了Sp1和MYOG与ANKRD2，ANKRD1，LMOD3和BTG2的启动子区的关联，暗示这两个转录因子可能是调控的重要因子。

本研究绘制了Domestic yak肌肉发育过程中染色质可及性的综合图谱，重点介绍了参与这一过程的关键基因和转录因子（TF）。通过比较犊牛和成年牦牛背最长肌染色质可及性和基因表达的差异，构建了一个整合与牦牛肌肉发育相关的枢纽TF和关键基因的交互式网络程序，为理解牦牛肌肉发育的出生后阶段提供了一种新方法，并为未来的研究奠定了理论基础。

该课题组另一篇文章也是同样的思路，以不同品种牛（Gannan Yak和Jeryak）为研究对象进行ATAC和RNA实验，挖掘TF与DEG之间的关联。由此可见，同样的研究思路，针对不同的研究对象（品种、发育、生长时期、病理变化等）都是适配的。

四、研究后续推荐

在找到关键TF之后，你就一脚踏入了表观DNA调控大门，后续还可以沿着这个方向继续加深探究，以本文为例，在发现了Sp1和MYOG在Domestic yak研究中的重要性后，可以继续去对Sp1与MTOG自身的调控机制去进行探讨，比如Sp1如何影响下游靶基因表达（ChIP-seq），是否涉及蛋白复合体的共调控（coIP-MS），它又是否受到其他蛋白的调控（DNA Pulldown）等等。这样，调控机制的研究就可以从点到线，然后从线到网的逐渐展开啦~

ATAC-seq 产品介绍

ATAC-seq广泛用于染色质开放性研究，该技术利用Tn5转座酶可以接近核小体疏松区域切割暴露的DNA，获得开放染色质区段（open chromatin），然后结合高通量测序和生物信息学分析来挖掘潜在的活跃转录因子及其靶基因，以此探究生物学相关问题。

技术优势：

1. 新鲜组织/细胞文库极速交付，最快可当天交付待测序文库；

2. 针对于新鲜样本，提供针对性运输方案，以满足细胞活性；

3. 项目经验丰富，除了常规模式动植物，拥有丰富的疑难样本实验经验，满足客户的不同需求。

4. 拥有完善的ATAC-seq配套分析流程（标准分析+关联分析），丰富的个性化分析。

5. 已协助客户在Nature Commun、Plant Commun和Physiol Plant等国际知名刊物发表多篇高水平文章。

6. 提供从方案设计，建库测序，到数据分析和验证（酵母单杂、EMSA、ChIP等）一站式服务。

实测数据：

疫霉菌样本

水稻样本