想象一下，重建一张你未曾蒙面的人脸，需要什么？一张亲戚的照片是最直观的参考，但如果你能用一根指骨和一把牙齿就能做到呢？

首先需要感谢DNA甲基化【本质是什么？猛戳看视频】，一组来自西班牙和以色列的科学家最近重建了丹尼索瓦人的面部解剖结构，丹尼索瓦人是一个与尼安德特人密切相关的群体，其祖先在大约60万至74.4万年前从现代人类的血统中分裂出来。科学家们开始使用的唯一丹尼索瓦人的碎片是一个手动指骨、一个下颚骨和几颗牙齿。科学家们与古遗传学先驱斯万特·帕博（Svante Pääbo）合作，通过使用在丹尼索瓦人、现代人、尼安德特人和黑猩猩身上检测到的DNA甲基化图谱来拼凑这个拼图。[1,2] 他们研究了改变面部特征的遗传区域的甲基化图谱，并设法预测我们古代祖先的外观。

DNA甲基化的影响范围很广
为什么DNA甲基化在重建骨骼形态方面如此有效？它是如何帮助研究一个我们知之甚少，而且样本很少的人类灭绝群体的？很简单，因为DNA甲基化携带的信息对于重建支配身体组织的基因表达至关重要。

DNA甲基化是研究最广泛的表观遗传标记之一。[2] 在真核生物中，DNA甲基化普遍发生在CpG二核苷酸上。[3] 启动子、基因体和增强子上的DNA甲基化模式在调节基因表达方面发挥着重要作用。鉴于精确的基因调控对许多基本的生物过程很重要，DNA甲基化在整个生物体的发育和维持平衡的过程中是至关重要的。

例如，研究人员发现，从照顾者那里得到更多拥抱的婴儿与那些没有得到那么多身体接触的婴儿呈现出不同的DNA甲基化特征。这种变化的DNA甲基化图谱进一步表明，得到拥抱较少的婴儿可能经历了一个不太有利的发展进程。[4]此外，在甜橙果实成熟过程中发现了一种动态的DNA甲基化模式。[5]研究人员发现，DNA甲基化的全面增加有助于抑制不再需要的基因和激活对橙子成熟过程有意义的基因。

从人类到水果，包括从行为到物理变化的一切，DNA甲基化在我们日常生活的几乎每个方面都有精髓作用。也许这并不完全是一个惊喜，毕竟我们能够用DNA甲基化中蕴含的丰富信息重建面部解剖学。

亚硫酸氢盐测序揭示DNA甲基化概况
亚硫酸盐测序是获得DNA甲基化测量的最流行的方法。使用经典的、金标准的亚硫酸氢盐转化反应，DNA中未甲基化的胞嘧啶残基被转化为尿嘧啶，而甲基化的胞嘧啶则抵制这种变化，仍然是胞嘧啶。因此，甲基化的胞嘧啶在下一代测序（NGS）读数中被识别为 "C"。

到目前为止，研究人员已经采用了大量的亚硫酸氢盐测序方法来发现不同生物学问题的DNA甲基化信息。这些方法包括全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）和还原代表亚硫酸氢盐测序（RRBS）。WGBS帮助科学家获得整个基因组的DNA甲基化水平的全面概况。RRBS富集了基因组中富含CpG的区域，因此减少了所需的测序读数，以达到与WGBS相当的读深度。因此，在测序方面，RRBS与WGBS相比更具成本效益，是科学家在大规模研究中筛选全基因组DNA甲基化的理想选择。

另一种基于NGS的测量DNA甲基化的方法是定向亚硫酸氢盐测序。科学家们为感兴趣的特定基因区域设计PCR引物，以生成文库。这使他们能够调查这些特定区域的DNA甲基化水平并研究其动态。靶向亚硫酸氢盐测序是对其他方法进行数据验证的一个很好的选择，也是对大样本群中选定的基因区域进行筛选。

基于NGS的DNA甲基化研究是强大的
传统上，DNA甲基化是通过基于芯片的方法测量的，许多数据集已经从这些平台产生。虽然使用起来很稳健，而且容易比较不同数据集的数据，但基于阵列的方法有几个局限性。首先，感兴趣的基因组中CpG位点的覆盖率在很大程度上是有限的。一个例子是MethylationEpic阵列只覆盖了人类基因组中CpG位点总数的约3%。第二，在样品种类方面没有什么灵活性，因为一个阵列只与一个特定的物种兼容。

另一方面，基于NGS的方法具有更高的覆盖率，并与任何物种兼容。最近，研究人员应用WGBS鉴定了小鼠肝脏单细胞间的甲基化异质性。[6] 平均而言，每个大宗样品覆盖2160万个CpG位点，每个单细胞样品覆盖220万个CpG位点。此外，科学家们还用RRBS绘制了鸡、袋鼠和鸭嘴兽样本的DNA甲基化图。[7] 他们的数据首次证明了DNA甲基化参与了有袋类哺乳动物的X染色体失活。

此外，RRBS也被用来发现巴雷特食道的DNA甲基化生物标志物。这种综合征是食道癌发病的一个重要风险因素。[8] 一旦他们从46个活检样本的RRBS数据中确定了一个CpG补丁作为生物标志物，研究人员就依靠定向亚硫酸氢盐测序来验证和扩展新鲜和存档的临床样本中的入选CpG位点。

基于NGS的测量DNA甲基化的方法扩大了我们对DNA甲基化的多方面作用的认识。随着方法的不断改进，基于NGS的DNA甲基化研究的力量无疑将被进一步利用，以产生更多的信息，帮助组装表观遗传学和其他方面的困惑。

猛戳参考文献看更多：

1. Gokhman, D.; Mishol, N.; de Manuel, M.; de Juan, D.; Shuqrun, J.; Meshorer, E.; Marques-Bonet, T.; Rak, Y.; Carmel, L. Reconstructing Denisovan Anatomy Using DNA Methylation Maps. Cell 2019, 179 (1), 180-192.e110. DOI: 10.1016/j.cell.2019.08.035.
2. Gokhman, D.; Lavi, E.; Prüfer, K.; Fraga, M. F.; Riancho, J. A.; Kelso, J.; Pääbo, S.; Meshorer, E.; Carmel, L. Reconstructing the DNA methylation maps of the Neandertal and the Denisovan. Science 2014, 344 (6183), 523-527. DOI: 10.1126/science.1250368.
3. Smith, Z. D.; Meissner, A. DNA methylation: roles in mammalian development. Nat Rev Genet 2013, 14 (3), 204-220. DOI: 10.1038/nrg3354.
4. Greenberg, M. V. C.; Bourc'his, D. The diverse roles of DNA methylation in mammalian development and disease. Nat Rev Mol Cell Biol 2019, 20 (10), 590-607. DOI: 10.1038/s41580-019-0159-6.
5. Moore, S. R.; McEwen, L. M.; Quirt, J.; Morin, A.; Mah, S. M.; Barr, R. G.; Boyce, W. T.; Kobor, M. S. Epigenetic correlates of neonatal contact in humans. Dev Psychopathol 2017, 29 (5), 1517-1538. DOI: 10.1017/S0954579417001213.
6. Huang, H.; Liu, R.; Niu, Q.; Tang, K.; Zhang, B.; Zhang, H.; Chen, K.; Zhu, J. K.; Lang, Z. Global increase in DNA methylation during orange fruit development and ripening. Proc Natl Acad Sci U S A 2019, 116 (4), 1430-1436. DOI: 10.1073/pnas.1815441116.
7. Gravina, S.; Dong, X.; Yu, B.; Vijg, J. Single-cell genome-wide bisulfite sequencing uncovers extensive heterogeneity in the mouse liver methylome. Genome Biol 2016, 17 (1), 150. DOI: 10.1186/s13059-016-1011-3.
8. Waters, S. A.; Livernois, A. M.; Patel, H.; O'Meally, D.; Craig, J. M.; Marshall Graves, J. A.; Suter, C. M.; Waters, P. D. Landscape of DNA Methylation on the Marsupial X. Mol Biol Evol 2018, 35 (2), 431-439. DOI: 10.1093/molbev/msx297.
9. Moinova, H. R.; LaFramboise, T.; Lutterbaugh, J. D.; Chandar, A. K.; Dumot, J.; Faulx, A.; Brock, W.; De la Cruz Cabrera, O.; Guda, K.; Barnholtz-Sloan, J. S.; et al. Identifying DNA methylation biomarkers for non-endoscopic detection of Barrett's esophagus. Sci Transl Med 2018, 10 (424). DOI: 10.1126/scitranslmed.aao5848.

从高质量的DNA甲基化制备是很关键的，特别是因为转换过程中的酸性会使DNA产生片段。对于含有少量DNA的样品，推荐使用DNA甲基化直接修饰试剂盒，因为它可以直接从细胞、组织、血液和其他起始材料中转换。在处理大规模的亚硫酸氢盐转化实验时，为了节省时间和降低成本，高通量选择至关重要。在这种情况下，DNA亚硫酸氢盐转化96孔形式，我们也有相关产品推荐。DNA修饰试剂盒是专门为高通量而精简的，并采用了基于磁珠的96孔设计形式供应。关于亚硫酸氢盐转化试剂盒的详细比较，见下表。