表观遗传（Epigenetics）是指在核酸（DNA）序列不发生改变的情况下，基因的表达、调控和性状发生可遗传的改变（根本原因是表观遗传修饰的不同），即在未改变基因型的前提下改变表型。利用表观遗传学可用于研究某一组织生理病理变化。结合单细胞测序技术，可用于研究肿瘤疾病的发病机制、早期诊断、晚期控制等。

　　表观组学测序（Epigenomics Sequencing）是以高通量测序平台为基础，研究基因表达及调控的可遗传变化的技术。根据研究内容可将表观组学分为两类：DNA/RNA的化学修饰和DNA/RNA与蛋白质相互作用。常用的表观遗传学测序方法包括BS-seq和ChIP-seq。

　　BS-seq

　　DNA甲基化是重要的表观遗传学标记信息，获得基因组范围内所有C位点的甲基化水平数据，对于表观遗传学的时空特异性研究具有重要意义。目前已经建立了至少三种DNA甲基化分析技术。包括甲基化DNA免疫共沉淀测序（methylated DNA immunoprecipitation sequencing，MeDIP-Seq）、甲基结合蛋白测序（methyl-binding protein sequencing，MBD-Seq）和重亚硫酸氢盐测序（bisulfite sequencing，BS-seq），其中MeDIP-Seq和MBD-Seq都是基于富集的原理，而BS-seq不经过富集可以直接进行测序。

　　BS-seq是将bisulfite处理与高通量测序相结合，从而检测基因组DNA分子中每一个甲基化位点的状态。

　　原理

　　以bisulfite处理基因组DNA，发生甲基化的C碱基无变化，而未发生甲基化的C碱基会脱氨变成U，针对改变后的DNA序列设计特异性引物，并进行PCR扩增。PCR产物中原先未发生甲基化的C变成T，从而可以与发生甲基化修饰的C碱基区分。PCR产物克隆后进行高通量测序。与参考序列比对，即可得到特定位点在各个基因组DNA分子中的甲基化状态。

　　优点

　　高分辨率：能够精确检测每一个甲基化位点的状态。

　　高覆盖度：在全基因组范围内定量分析甲基化位点，精确绘制DNA甲基化图谱。

　　bisulfite的转化效率达99%以上。

　　缺点

　　耗时耗力，且通量有限。

　　需要提前设计引物，而这一步骤容易导致bias（例如，引物末与尾端结合而结合到需进行扩增和测序的片段内）。

　　应用

　　研究物种特定DNA区域甲基化与特定表型之间的关联。

　　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。

　　ChIP-seq

　　染色质免疫共沉淀测序（chromatin immune precipitation，ChIP-seq）是一种基于ChIP实验与高通量测序技术、被用于分析细胞内蛋白质与DNA相互作用的经典实验方法，通俗的来讲就是将ChIP实验得到的DNA进行测序再进行下游分析。能够高效地在全基因组范围内研究目的蛋白的结合位点、组蛋白修饰及核小体定位情况。

　　原理

　　通过染色质免疫共沉淀技术（ChIP）特异性地富集目的蛋白结合的DNA片段，然后对这些DNA片段进行进行高通量测序，最后定位基因组信息，从而获得全基因组范围内组蛋白DNA及染色质修饰等DNA区段信息。

　　测序流程

　　通过甲醛使靶蛋白与染色质上目标区域的DNA交联结合，分离染色体，并用超声或酶处理将其打断成小片段（一般200-600bp）。

　　添加与目标蛋白质特异的抗体，利用抗原抗体反应，将与目的蛋白相结合的DNA片段沉淀下来（抗体与目标蛋白形成免疫沉淀免疫结合复合体）。比对原始序列到参考基因

　　原始序列分布

　　通过解交联释放染色质上目标区域的DNA片段，以达到纯化DNA的目的，通过PCR（qPCR）检测目标区域的DNA是否被靶蛋白富集到，即可进行高通量测序。

　　最后将这些DNA片段比对到对应的参考基因组上。

　　优点

　　分辨率高，可精确到10～30bp。

　　能实现真正的全基因组分析。

　　所需样本量小。

　　避免了杂交等影响因素，具有更高的敏感性等。

　　缺点

　　成本较高。

　　数据的质量依赖于抗体的质量。

　　应用

　　用于组蛋白修饰、特定转录子调控作用等表观遗传学的研究。

　　解决细胞分化，染色质动态图谱、疾病发生发展等生物学问题。

　　对基因调控机制及基因调控网络进行更深入的研究。

　　对疾病病理机制的研究深入至基因异常表达的源头。