在开始讨论今天的话题表观多组学技术之前，我们先来就表观遗传学、表观组学以及表观遗传学高分文章设计的维度先来讨论下。
所谓表观遗传学，是研究DNA序列不发生改变的情况下，基因表达的可遗传的一种调控方式。简单来说，它主要关注的是在DNA序列不变时，基因是如何被开启或者关闭，从而影响细胞的功能和表型。
表观遗传学围绕经典的中心法则基础上开展延伸，从DNA→RNA→蛋白涉及到大量新的调控方式。例如在DNA到RNA的转录过程中，涉及到DNA甲基化、组蛋白修饰、转录因子/增强子/绝缘子等多个层面进行调控。在RNA到蛋白的翻译过程中，涉及到非编码RNA、RNA修饰等介入的转录后调控，还有RNA翻译及蛋白合成速率调控等维度调控。
表观组学（Epigenomics）是在全基因组水平或者全转录水平上，研究各种表观因子的一系列高通量筛选组学，研究对象包括全基因组范围内的DNA甲基化修饰模式、多种组蛋白修饰状态以及组蛋白修饰调控的靶基因、染色质可及性、非编码 RNA的分布、RNA修饰水平变化、以及翻译水平多维度调控等多种表观遗传特征及其相互作用。
与表观遗传学主要聚焦于单个基因或少数基因的表观遗传调控不同，表观组学是从一个宏观的、全基因组或全转录层面的整体角度来分析这些调控机制。
基于表观组学测序技术，近几年自然科学基金（面上/优青/杰青）获批大致分为4个大的方向，包括表观组学新技术、全新的或较为热门的表观遗传学概念、表观遗传学搭配新的生物学故事或表观遗传学搭配成熟分子机制/通路，如同上图所示。
那么如何进一步锁定表观方面的科学问题呢？上图所示的是课题设计的一个循环图，看课题设计从哪个方向出发。这边需要清楚，自己是偏重下游应用还是上游的机制研究。
如果聚焦点是应用层面，也就是生物学故事独特，那么从显著表型为起点出发，最终基金申请或者文章发表的重点一定是从中间找到充分证据后重新回答表型及生物学故事。
如果聚焦基础研究和分子机制，通路或机制层面某一类基因是基金申请或者课题设计的主角，那么这个时候一定要找到具体的下游落脚点，从表观角度调控某一基因或者某一基因调控某种表观因子，最终影响下游某类生物学故事。
讲完了这些接下来进入本文真正的主角，表观组学与其他组学多组学联合思路解析。
这边如果有明确要研究的表观方向，如组蛋白乙酰化修饰、转录因子抑制、RNA的m6A修饰等，往往会变成研究的C位，其他组学往往是辅助C位的表观，如表观调控下游的基因或通路，可以借助各种组学来实现。或者心中已经锁定了具体的某一类表观课题，在开始之前通过一些组学挖掘到了表观因子。
如果不太明确自己要聚焦哪一类表观研究方向，那么一些筛选性质的组学就起到了关键作用。例如转录组测序、代谢组等可以看下具体哪几类表观调控因子或者对应的代谢物有异常。转录组测序可以分析转录因子以及组蛋白修饰、RNA修饰、DNA修饰、蛋白修饰对应的修饰或去修饰酶的RNA表达情况，代谢组可以对乙酰辅酶A、乳酸辅酶A进行检测，来判断后续是否往蛋白修饰或组蛋白修饰方向靠拢。
当锁定表观研究方向了，那么就是分子机制研究或者具体下游生物学故事研究两大方向了。
这边就表观组学多组学几个方向进行大致罗列，包括表观组学+表观组学、表观组学+常规Bulk组学以及最近大火的表观组学+单细胞组学三大方向来展开。
目前表观组学+表观组学的组合方案有几种主流搭配，包括DNA甲基化测序/芯片+m6A测序、m6A测序+翻译组测序、m6A测序+RIP测序、lncRNA测序/circRNA测序+翻译组测序、lncRNA测序+ATAC测序、ChIP-seq+ATAC测序、ChIP-seq+DNA甲基化测序等。
两组学或多组学思路解析上包括直接关联和间接验证两大类————
直接关联：两两组学以相关性或单组学候选靶基因取交集方式缩小范围。
间接验证：从调控机制上上下游验证，如上游源头转录因子组蛋白会发动机，触发基因转录、转录后修饰、转录后翻译等。
通过m6A测序和蛋白组学联合分析发现，仅有2个自噬相关基因ATG2A和ATG14入围。通过翻译组Polysome profiling，发现YTHDF1能够促进ATG2A和ATG14 mRNAs向多聚核糖体的转移（即增加了翻译效率从而使得蛋白水平上升），从而增加它们的翻译效率。
这边m6A测序与蛋白组属于联合分析范畴，但翻译组属于验证性质，主角仍然是m6A测序
拓展阅读：STTT：翻译组Polysome联合m6A揭示YTHDF1驱动肝癌细胞ATG2/4翻译
通过将转录组和翻译组测序联合分析，将精原细胞4个功能模块的上下调基因进行锁定。紧接着RIP-seq和m6A测序联合分析，找到共有交集的3366个Peaks，再跟转录组和翻译组的数据取交集，锁定Plzf、Sall4、Foxo1等与精原干细胞维持特性相关的上调基因及Sox3等与精原细胞分化的下调基因重合，继而影响减数分裂。
拓展阅读：Nature子刊：m6A+翻译组+RIP-seq联合揭示精子减数分裂期形成机制
药物处理后小鼠结直肠癌细胞生长受到抑制，lncRNA测序发现大量lncRNA普遍下调，反之则上调。通过使用质谱多肽蛋白组学和翻译组Polysome Profiling，发现lncRNA能够翻译编码MHC I类小肽。lncRNA衍生编码的小肽抑制肿瘤生长，这些小肽具有免疫原性，激发自身免疫系统抵抗肿瘤。使用病毒载体lncRNA疫苗策略能延缓肿瘤生长。
拓展阅读：NC：lncRNA编码小肽具有免疫原性驱动抗肿瘤免疫反应
本文除了ATAC-seq和ChIP-seq外，还有转录组和代谢组等多组学一起参与。首先能够稳定基因组和细胞重编程的基因Glis1进行ChIP-seq发现参与糖酵解过程基因均有被覆盖到。糖酵解涉及到组蛋白乳酸化以及P300明星基因，会大量激活基因进行转录，随后基因被激活程度也与转录因子息息相关，为了进一步揭示染色质层面的机制，进行了ATAC-seq扫描到了多种转录因子motifs，如KLF、SOX等。最终，Glis1过表达导致多能性基因在染色质层面的开放和体细胞基因的关闭。
需要说明的是，ATAC-seq在这边属于全转录因子扫描，从整体验证Glis1的功能
拓展阅读：Nat Metab：ChIP+ATAC揭示Glis对组蛋白乳酸化与乙酰化双激活促进细胞重编程
表观组学+常规Bulk组学的多组学联合，通常以转录组、代谢组、蛋白组等常规组学居多。一种以常规组学作为表观组学开启的预实验，另一种是表观组学数据挖掘完毕后，找到一个特定调控因子在常规组学中做出验证。
这边一种特殊表观组学就是ATAC-seq，通常又属于研究转录因子层面之前大范围筛选的一种有力工具，属于初步筛选性质表观组学，跟转录组有一些定位类似。而诸如ChIP-seq、m6A-seq以及翻译组通常指聚焦一种，如ChIP或CUT&Tag只会锁定一个或多个特定的组蛋白或转录因子，m6A-seq关注RNA上m6A修饰，翻译组通常指的是翻译活性RNA。
以转录组测序+ATAC-seq为例，无论从哪个角度出发都能设计自己的课题。由于篇幅所限，详细信息请点击：细胞系如何快速利用转录组+ATAC备战国自然2025预实验 。
下面我们就看几个具体的案例解析。
是的，就是前面提到的案例5，只不过这边我们要聚焦转录组、代谢组的作用。首先转录组测序表明大多数糖酵解过程基因（如Hk2、Pgk1、Pfkl、Pkm、Eno1、Ldha）在Glis1表达后上调，而体细胞状态基因（如Setbp1、Thy1、Il1rn、Prss23、Col6a2、Col6a3、Col1a1）则下调。
使用质谱检测手段在重编程的第5天和第8天进行了代谢组分析。当Glis1存在的情况下，尤其是在第8天，糖酵解途径（如丙酮酸、乳酸等）和三羧酸（TCA）循环（如乙酰辅酶A、柠檬酸、异柠檬酸等）的代谢物显著增加。
Glis1-ChIP-seq和转录组联合，发现上调基因涉及糖酵解过程。于是代谢组发现乳酸和乙酰辅酶A代谢底物上升，继而引发组蛋白乳酸化和乙酰化ChIP-seq。涉及超级增强子以及基因表达激活等方面。这类属于典型的调控上游往调控下游层层递减的逻辑。
拓展阅读：Nat Metab：ChIP+ATAC揭示Glis对组蛋白乳酸化与乙酰化双激活促进细胞重编程
这篇研究里，代谢组锁定了药物影响铁死亡相关代谢物，转录组锁定了HMOX1并使用IGV进行转录组+ATAC展示，后续继而对3个组蛋白结合HMOX1水平进行检测，开始往机制上游延伸。
最后用CUT&Tag技术评估了多纳非尼和GSK-J4联合治疗对Huh7细胞中几种常见组蛋白修饰如H3K27me3、H3K27ac和H3K4me1等的影响，观察到这些组蛋白修饰在增强子区域和HMOX1基因位点发生了显著变化。
拓展阅读：拿捏高分文章只需转录组+ATAC+CUT&Tag配合国自然热点铁死亡
单细胞测序技术发展如火如荼，很多研究都享受到了单细胞测序技术本身的第一波技术红利。随后出现大量的单细胞图谱研究，包括泛癌免疫细胞图谱、发育细胞图谱乃至各种疾病的全细胞图谱等。
单细胞测序研究随后迅速迭代，从“大”图谱即对所有细胞亚群进行鉴定，进化到“小”图谱即对特定的细胞亚型进行精细化研究。如CAF细胞、TAM细胞、NK T细胞、内皮细胞等。
目前单细胞测序研究已经进化到，需要对具体的某一类细胞亚群的生物学故事提出了新的要求。如某类经典通路或代谢调控机制。这个时候表观组学就会登场！
目前单细胞测序+表观组学，目前较为常用的解析思路为
第一步，通过单细胞测序挖掘特定细胞亚群；
第二步，特定细胞亚群找到特异性表达的表观因子
第三步，特定细胞亚群与其他细胞亚群进行差异分析（可选）
第四步，通过分选或者其他富集方式获取特定细胞亚群，开展特定表观组学
所以表观组学简单可以理解为调控上游，也就是瀑布、河流上游位置，通常表观因子启动开关不会特别多，例如转录因子也就几百个，组蛋白修饰去修饰酶只有几十个，RNA修饰m6A调控酶只有10多个，DNA甲基化酶核心也只有10多个。这些成为高分文章的发动机，形成一套高分文章发表的公式————
如果加入单细胞测序后的变种，就变成了：
因此单细胞测序与表观组学搭配是目前高分文章的黄金搭档，也是申请基金保证课题创新性的一个新方向。
我们从上图中可以看到基于单细胞测序的课题设计整体框架图和思路。
由于篇幅所限，之前已经就单细胞测序与表观组学联合进行过详细的解析，相关拓展阅读材料请点击：还在玩单细胞图谱？何不试试单细胞+表观组学的神仙组合！强烈推荐收藏！
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