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简并碱基甲基化Panel:以"减法"设计,实现"加法"效能

2026. 08. 07

甲基化靶向捕获的底层困境

随着表观遗传学向精准诊断与多组学整合延伸,DNA甲基化检测正从“广度覆盖”转向“深度解析”。然而,传统方法(如Infinium BeadChip、WGBS等)在低起始量、复杂遗传背景及非模式生物样本中,仍面临探针特异性不足、序列变异干扰与成本效益失衡等挑战。

基于此,一种更聪明的解法正在浮现——简并碱基探针(DBP),事实上,DBP已成功应用于qPCR探针设计,其核心思路并不复杂:在探针中引入序列包容性设计,使其能同时兼容甲基化和未甲基化两种状态。

这种设计在单细胞分析中尤为关键——DBP能在扩增后稳定捕获目标CpG位点,保障极低输入量下的高检出率;结合长读长测序,其捕获片段还能直接用于单分子等位基因特异性甲基化(ASM)分析,无需复杂相位推断即可揭示亲本甲基化失衡在自闭症、精神分裂症等疾病中的调控作用。这些特性使DBP甲基化Panel从静态序列匹配迈向动态遗传背景适应,为液体活检中ctDNA的高灵敏度检测提供了更稳健的技术底座。

 

迪赢高通量简并碱基合成技术

迪赢高通量DNA合成平台,通过软件精准控制不同碱基微滴的配比组合,在单一固相位点即可实现Y/R/K/N/V/W/S/B/H等任意简并碱基的高效合成(图1)。无需繁琐的试剂预混,单层打印、多轮Pass循环,即可将百万条含简并位点的DNA序列“打印”出来,为简并碱基探针的规模化合成提供了高效底层工具。

 

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图1.高通量简并碱基合成过程

 

简并碱基探针的设计逻辑

简并碱基探针的设计思路简洁而优雅:在探针序列中对应CpG位点的位置引入简并碱基,使其既能与转化后的C(代表甲基化)互补配对,也能与T(代表未甲基化)互补配对(图2)。以IUPAC简并碱基R(A/G)为例,可配对识别C或T。通过在甲基化敏感位点引入恰当的简并碱基,一条探针即可同时“兼容”甲基化和未甲基化两种状态的DNA分子,实现对目标区域的全覆盖捕获。

这一设计的核心价值在于:用更少的探针,覆盖更全面的甲基化信息。

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图2.甲基化探针设计逻辑:对于A、T、G位点直接取反向互补序列;对于非CpG位点的C,在探针上设计为A;CpG位点的C可能处于甲基化或非甲基化状态,在探针上设计为R(A/G)。

 

甲基化简并碱基探针vs常规“四链法”探针

在935.67 kb的Panel设计中,简并探针的数量仅为常规“四链法”的一半(17,618 vs 35,236),但目标区域捕获效率(TargetRatio)反而更高,比对率(MappingRatio)和均一性(Uniformity)均与常规方案相当(图3)。

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T251114164852-原始文件PSD - 副本 (4)图3.甲基化简并碱基探针有更优的捕获效率。 PanelSize: 935.67kb,分别采用简并碱基设计与常规“四链法”设计;4个样本捕获测试,分别比较TargetRatio、Uniformity、 MappingRatio 

 

这一看似反直觉的结果,源于探针设计策略对甲基化状态变化的覆盖能力差异:

(1)更全面的甲基化状态覆盖

常规四链法通常只针对“完全甲基化”和“完全未甲基化”两种极端状态设计探针。对于部分甲基化(如 50% 甲基化水平)的靶序列,这两种探针的匹配度都不理想,导致捕获效率下降。而简并碱基探针通过单条探针的序列包容性设计,即可兼容不同甲基化比例的靶序列,避免因状态偏离极端值而丢失捕获信号。

(2)减少探针间竞争和脱靶效应

常规“四链法”需设计大量探针覆盖所有可能的甲基化组合,探针池过于复杂,探针间易发生交叉杂交,部分探针因浓度被稀释导致有效浓度不足,非特异性结合增加,脱靶率上升。简并碱基探针减少了探针总数,降低了上述负面效应,使有效探针浓度更高,靶序列捕获效率随之提升。

 

甲基化检测水平比较

在NA12878标准细胞系中,简并碱基探针与常规"四链法"探针的甲基化检测结果高度一致(R= 0.9952,图4A)。对于低甲基化(理论Methylation=0%)、高甲基化DNA(理论Methylation=100%)样本,两种探针均能区分不同甲基化水平,整体趋势吻合(图4B),这表明,简并碱基探针在数量减半的情况下,依然具备可靠的甲基化定量能力。

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A. NA12878样本

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B. 甲基化标准品(0%、100%)

图4.简并碱基探针与常规“四链法”探针在甲基化水平检测中具有较好的一致性

 

结 语

简并碱基甲基化Panel的核心启示,不在于探针数量的简单缩减,而在于设计理念的转向:从“穷举每一种甲基化状态”转变为“兼容每一种甲基化状态”。这一转向为靶向甲基化测序带来了三重增益——更低的合成成本、更稳定的杂交体系、更真实的中间态甲基化还原。

当技术不再试图穷尽所有可能,而是学会兼容每一种变化,甲基化检测便真正从“静态序列匹配”走向了“动态遗传背景适应”。这或许正是表观遗传工具进化的方向——用更精简的设计,承载更复杂的信息。

 

迪赢人类全基因组甲基化组学研究超大Panel

DNA甲基化是重要的表观遗传修饰机制,WGBS是甲基化研究的“金标准”,但对测序深度和数据量要求极高,成本高昂。甲基化液相探针捕获技术通过定制化探针富集特定CpG区域,可覆盖数百万个位点,在覆盖范围、检测分辨率与成本效益之间实现平衡,为甲基化组学研究提供了高效可行的解决方案。但目前市面上推出夫人各类甲基化液相捕获Panel产品,依然存在甲基化相关研究位点覆盖度不足问题,如果用于下游甲基化位点筛选或系统性的甲基化研究,可能遗漏具有重要生物学意义或作为良好Marker的甲基化位点。

迪赢生物基于自主研发的超高通量DNA合成平台和丰富的探针设计经验,优化探针设计,推出了人类全基因组甲基化组学研究超大 Panel(货号:NX5001),该 Panel 针对 161 Mb 的人类基因组区域,设计约 180 万条探针,靶向 484 万个具有明确生物学意义的 CpG 位点,结合迪赢生物甲基化专用封闭试剂、杂交捕获试剂,该超大 Panel 为研究人员在肿瘤早筛、衰老研究、发育生物学及表观基因组学等方向开展系统性研究提供了理想工具。

 

产品详情

简并碱基图片 (2)

注:NC1028、NF5010、ND6001共同组成了甲基化专用杂交捕获试剂QuarHyb DNA Reagent Kit Pro (Methyl)

 

迪赢还可提供定制甲基化panel

想了解更多详情请与我们联系

 

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地址:上海市闵行区光华路248号5号楼2楼

邮箱:info2@dynegene.com

迪赢合成—生命科学“核”动力

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