Communications biology | 华中农大谢为博团队开发UMI-ATAC-seq高通量组学技术

转录调控一直是生命科学领域的研究热点，目前有多种研究转录调控的组学技术。其中，转座酶介导的染色质可及性测序（ATAC-seq）技术由于有所需细胞数少、实验周期短等优点，被研究人员广泛用于转录调控的研究中。ATAC-seq既可以描绘全基因组染色质可及性图谱（又称染色质开放图谱），也可以在全基因组范围内推断转录因子的结合位点，即“足迹（Footprint）”。

2020年11月13日，华中农业大学谢为博教授团队在Communications biology 杂志上在线发表了题为“ATAC-seq with unique molecular identifiers improves quantification and footprinting”的研究论文，报道了一种新的组学技术UMI-ATAC-seq。UMI-ATAC-seq是一种改进的ATAC-seq技术，引入了独特分子标签（Unique Molecular Identifier，UMI）来避免ATAC-seq建库过程中PCR导致的问题。该技术在实现定量染色质开放性更准确的基础上，提高了鉴定转录因子足迹的敏感性和准确性。

ATAC-seq是基于Tn5转座酶能够将测序接头优先插入到基因组上“无核小体区域”而实现捕获染色质开放区的一种高通量测序技术。由于在建库过程中需要进行PCR，不同片段的扩增效率存在差异，所以在进行下游分析时通常会先去除“PCR重复”，即与基因组匹配时两端的坐标一致的多个序列片段只保留一个。然而，这些“重复片段”实际上并不完全是PCR过程产生的，也有可能是不同的Tn5插入在相同的位置产生的。分析表明，在染色质开放信号较强的区域，由于有大量的Tn5插入事件，很容易出现这种Tn5独立插入形成相同的序列片段的情况。在常规ATAC-seq中，这些片段因为被判定为“重复片段”而被错误去除。常规的ATAC-seq技术的这种缺憾造成了易开放的染色质区域在开放程度定量上的偏差，并会对转录因子足迹的鉴定造成影响。

UMI-ATAC-seq技术通过精巧地设计Tn5转座酶携带的测序接头，引入了UMI标签的同时，使整个实验流程与常规ATAC-seq保持一致，并且所建文库兼容Illumina标准测序文库。使用UMI-ATAC-seq技术，不同的Tn5插入事件产生的相同片段会被加上不同的UMI标签，从而可以准确区分哪些是真正的PCR重复片段。

该文发现UMI可以拯救高达20%被误认为是PCR重复的片段。这些片段大多位于易开放的染色质区域，对鉴定转录因子的足迹有较大影响。在相同的阈值下，基于UMI去重的方式相比于传统的坐标去重可以多鉴定到50%的转录因子足迹。此外，UMI的数据集的足迹打分普遍有所提高，在IGV中可以看出UMI数据集鉴定到的足迹的凹陷模式更加清晰，且广泛与已知转录因子结合位点重叠。

UMI-ATAC-seq相较于常规的ATAC-seq，在实验成本、实验操作繁琐程度上几乎都没有增加，但是可以实现对染色质可及性的更准确定量，能显著提升鉴定转录因子的足迹的敏感性和准确性，具有广泛的应用前景。同时，该方法对于其它依赖Tn5转座酶建立的高通量组学实验也有一定的参考意义。

华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室谢为博教授为该论文的通讯作者，硕士生祝涛、廖可琰和科研助理周荣芳为该论文的共同第一作者。

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