测序技术的进步彻底革新了我们研究生命演化树上各类遗传变异的手段，但仅靠 DNA 序列本身，无法解释生物性状如何形成。同一套基因组之所以能产生截然不同的性状表现，取决于基因的调控方式、表达时序，以及 DNA 在细胞内的组装形式。这类多层调控机制统称为表观基因组，在动植物的生长发育、环境响应、基因组稳定性维持与细胞身份特化过程中发挥着关键作用。

解析表观基因组，是打通基因型与表型关联的核心环节。本文将阐述 DNA 甲基化与染色质结构如何调控基因组功能，同时介绍 HiFi 高保真测序技术的突破 —— 如今我们能够以前所未有的完整度，精准检测各类表观调控维度。若想深入了解实验设计，以及基于 HiFi 的技术相较于 ATAC-seq、亚硫酸氢盐测序等传统方法的优劣，可查阅《Fiber-seq 入门指南》，这份资料涵盖初次开展实验所需的全部知识。

扫描下方二维码下载《Fiber-seq 入门指南》

一、DNA 甲基化揭示动物发育与物种多样性的分子机制

对动植物科研人员而言，两类表观遗传标记尤为关键。第一类是 DNA 甲基化。动物体内，CpG 二核苷酸位点胞嘧啶甲基化修饰（5mC）参与基因沉默、基因组印记、转座子抑制，同时是胚胎发育过程中建立并维持细胞特异性的核心调控通路[1]。另一类相关修饰为 5 - 羟甲基胞嘧啶（5hmC）：由 TET 氧化酶催化 5mC 生成，具备独立且独特的生物学功能。

5mC 通常与基因沉默相关，而 5hmC 大量富集于活跃基因编码区与增强子区域[2]，和细胞分化、神经元功能、发育阶段转换密切相关。大脑组织，尤其是神经元中 5hmC 含量极高；该修饰广泛存在于各类脊椎动物，部分无脊椎动物体内也可检出。蜜蜂脑组织中能够检测到 5hmC，且不同分工蜂群的甲基化模式存在差异[3]，这提示表观修饰参与调控社会性昆虫复杂行为与种群分工，使其成为极具研究价值的模式体系[4]。值得注意的是，这类甲基化修饰在脊椎动物演化中的分布模式并不统一：斑马鱼与鸡的相关研究表明，胚胎发育早期几乎不存在 5hmC，直至器官发生阶段才逐步积累；这与哺乳动物干细胞中高丰度 5hmC 的特征截然不同[5]。这种物种间的表观修饰差异，让 5mC 与 5hmC 成为解析不同动物谱系表观调控分化的重要研究工具。

二、DNA 甲基化如何调控植物基因组

植物的甲基化修饰模式更为复杂丰富。植物甲基化发生于三种序列基序：CpG、CHG、CHH [6]。三类修饰分别由独立酶促通路维持，各自承担不同生物学功能。CHG 甲基化通过与组蛋白修饰形成正向反馈环路，持续沉默转座元件；CHH 甲基化由 RNA 介导 DNA 甲基化通路（RdDM）驱动，该通路能从头识别并沉默新激活的转座子，相当于植物自带的表观遗传免疫系统，抵御转座子引发的基因组紊乱。三类甲基化协同调控基因组稳定、胁迫记忆与生长发育转换，也让植物甲基化成为表观基因组学最热门的研究方向之一。

三、染色质结构如何塑造地球生物多样性下的基因调控

第二类核心表观调控要素为染色质结构。真核细胞内 DNA 缠绕组蛋白形成核小体；基因组片段处于开放或压缩闭合状态，直接决定转录因子能否结合、增强子能否与靶基因远程互作，最终决定基因是否表达。由于调控元件往往通过长距离发挥作用，解析染色质结构需要连续读取超长 DNA 片段；短读长测序技术难以实现该需求，对于绝大多数作物与模式植物这类重复序列高度富集的基因组，短板尤为突出。

四、HiFi 测序拓展全类型甲基化位点检测能力

长久以来，HiFi 高保真测序可直接天然检测 CpG 甲基化；而如今依托 HiFi 数据同步检测植物三类甲基化（CpG/CHG/CHH）的新技术正式落地，极大拓展了植物表观基因组学的研究边界。

全新 HiFiMeth 分析流程可在 HiFi 测序中同步捕获植物全部三类甲基化修饰。该方法已在拟南芥、水稻等 11 种植物中完成验证：CHG 甲基化与亚硫酸氢盐测序的全基因组皮尔逊相关系数达 0.900–0.973，CHH 甲基化相关系数 0.755 – 0.800，建立了长读长测序检测非 CpG 甲基化的全新行业标准。

Revio 测序平台搭载全新 SPRQ-Nx 化学试剂后，HiFi 测序除提升 5mC 检测精度外，新增 5hmC 同步检测功能。该能力仅通过升级测序试剂实现，文库构建与整套实验流程无需改动。实验室更换 SPRQ-Nx 试剂后，无需调整现有操作，即可获得更全面的表观遗传信息。

对植物研究者：单次测序即可高灵敏检测三类甲基化修饰；

对动物研究者：无需额外实验流程，仅依靠基因组测序，就能开展发育、神经生物学、比较表观基因组学中的 5hmC 分布研究。

五、Fiber-seq：适用于动植物的染色质可及性检测技术

Fiber-seq 可依托同一套 HiFi 全基因组测序文库，同步绘制染色质开放状态、核小体定位、转录因子结合位点与 CpG 甲基化图谱。

技术原理：使用非特异性腺嘌呤甲基转移酶（EpiCypher 公司 CUTANA Hia5 试剂）处理细胞核，对开放染色质区域的腺嘌呤进行标记；HiFi 测序过程中可同步识别该人工标记与细胞内源 5mC。绝大多数真核生物基因组天然不存在 6mA 腺嘌呤甲基化，因此该标记信号清晰、解读便捷。

Bubb 团队 2025 年在玉米上发表的标志性研究[7]，充分展现了 Fiber-seq 在植物基因组研究中的独特优势。转座子占玉米基因组约 80%，短读长测序难以在转座子区域实现唯一比对，传统染色质图谱技术会丢失这大片基因组信息。

对比常规 ATAC-seq，Fiber-seq 检出的开放染色质区域数量高出一倍以上；同时揭示多项新机制：反转录转座子长末端重复序列（LTR）的染色质开放程度随演化时间推移逐步下降；部分 LTR 被基因组征用，充当基因启动子；特定表观特征可标记 hAT 转座子偏好的插入位点。这类精细发现，均依赖单分子、长距离的高分辨率测序技术才能实现。

六、完整解析生命多样性的表观基因组

HiFiMeth 全类型甲基化检测、SPRQ-Nx 试剂支持的 5hmC 识别、Fiber-seq 多组学染色质状态图谱，三者结合大幅拓宽了 HiFi 测序所能解析的表观遗传信息维度。

如今科研人员仅需一张 Revio SMRT 测序芯片，就能同步获取：染色质开放状态、动植物各类序列基序的 DNA 甲基化信息、分单倍型的遗传变异。

以往需要多套独立实验、分别制备样本且各有局限的多层表观基因组信息，现在可整合至一套简洁统一的测序流程完成。

如需上手实操，可查阅《Fiber-seq 入门指南》获取完整操作知识。

扫描下方二维码下载《Fiber-seq 入门指南》

 

关于PacBio

*PacBio 产品仅供研究使用，不用于临床诊断。

·END·

关于怡美通德

北京怡美通德科技发展有限公司成立于2003年，专业从事生命科学领域的仪器设备和试剂代理分销以及相关技术服务，多年来通过与多个国际著名生物技术产品制造商的合作建立了完善的营销渠道与服务体系。我们是一家专注于生命科学领域的综合性方案提供商，致力于通过代理分销高质量的生命科学产品和提供先进的生物技术服务，推动生命科学研究和应用的发展。我们拥有一支专业、高效的团队，以及广泛的合作网络和资源，能够为客户提供全方位、一站式的解决方案。

北京怡美通德科技发展有限公司是PacBio的官方授权代理商，如果您想了解更多关于PacBio的信息，欢迎通过如下方式联系我们：

官网｜www.emtd.com.cn
Bilibili｜怡美通德
微信公众号 ｜怡美通德EMTD
微信视频号 ｜怡美通德EMTD

微信视频号 ｜怡美通德EMTD