DNA 甲基化芯片中的bead到底是什么

生信修炼手册

发布于 2020-05-11 10:52:19

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在450k/850K 芯片中，混合使用了I 型探针和II 型探针。每个 I 型探针对应两个bead type ，II型探针对应1个bead type。这里的bead 实际上就是探针，就是用于和DNA序列杂交的一段特殊序列，之所以叫做bead, 是为了和I型，II 型探针的概念区分开。

为了检测一个CpG位点的状态，I型探针需要两种序列，1种序列用于和非甲基化的序列杂交，另外一种用于和甲基化的序列杂交。这里的探针概念是以检测的CpG位点为单位的，1个待检测的CpG位点对应1个探针。而bead 是实际的存在的序列。

在GenomeStudio 中，将I 型探针，II 型探针中的探针称为 target ID, 把bead 直接称为Probe ID, 所以bead 只是叫法的不同，其实就是探针序列。

在芯片中，使用探针的信号强度 intensity 作为表达量。对于DNA甲基化芯片而言，每个探针同时可以检测甲基化和非甲基化，也就是说每个探针的信号强度由两部分组成：

Methylated intensity
Unmethylated intensity

同时芯片的信号强度是由通道决定的，对于450K/850K而言，都是红绿双通道，所以每个探针的信号强度也可以看做是由两个通道的信号强度组成：

Red Channel intensity
Green Channel intensity

通过minfi中的函数来探究一下上述几个概念之间的关系。

以官网的450K Demo 数据为例，首先导入数据

targets <- read.metharray.sheet("./", pattern="HumanMethylation450_Demo_Sample_Sheet.csv")
rgSet <- read.metharray.exp(targets=targets, extended = T)
mSet <- preprocessRaw(rgSet)

首先看一下 Red Channel intensity 和 Green Channel intensity

# getGreen 函数得到 Green Channel intensity
> head(getGreen(rgSet)[,1:3])
        5640269011_R01C01 5640269011_R01C02 5640269011_R02C01
10600313               256               177               202
10600322              8495              5338              8980
10600328              4149              3799              3751
10600336              3085              8747              1525
10600345               493              4594               426
10600353              3636              3598              4652# getRed 函数得到 Red Channel intensity
> head(getRed(rgSet)[,1:3])
        5640269011_R01C01 5640269011_R01C02 5640269011_R02C01
10600313               505               539               520
10600322              2392              4274              2571
10600328              4678              4379              3625
10600336             17649             11408             17121
10600345              6215               538              5994
10600353              1218              1229              1264

从上面的结果可以看出，横坐标并不是探针ID, 而是Address_ID，每个Address_ID就代表1个bead。探针和bead 之间是存在对应关系的，探针的信号强度实际上是由对应的bead的信号强度组成的。

在minfi中，可以通过getMeth和 getUnmeth 函数得到每个探针甲基化和非甲基化的信号强度。

> head(getMeth(mSet)[, 1:3])
          5640269011_R01C01 5640269011_R01C02 5640269011_R02C01
cg00050873              5284               137               214
cg00212031               265               166               133
cg00213748               281               186               367
cg00214611                61               145               152
cg00455876              3736               161               208
cg01707559               573              1127               310
> head(getUnmeth(mSet)[, 1:3])
          5640269011_R01C01 5640269011_R01C02 5640269011_R02C01
cg00050873              6645               148               246
cg00212031              6860               169               160
cg00213748              4250               203               241
cg00214611              6183               139               242
cg00455876              3460               255               289
cg01707559             10130              1151              1298

具体看下I 型探针和II 型探针信号强度的组成

I 型探针

cg00050873 是450k 芯片上的一个I 型探针，对应的两个bead的ID 分别为 32735311和31717405

> red_intensity <- getRed(rgSet)
> green_intensity <- getGreen(rgSet)
> meth_intensity <- getMeth(mSet)
> unmeth_intensity <- getUnmeth(mSet)> unmeth_intensity[rownames(unmeth_intensity) == "cg00050873", ][1]
5640269011_R01C01
            6645
> meth_intensity[rownames(meth_intensity) == "cg00050873", ][1]
5640269011_R01C01
            5284
> red_intensity[rownames(red_intensity) == "32735311", ][1]
5640269011_R01C01
            6645
> red_intensity[rownames(red_intensity) == "31717405", ][1]
5640269011_R01C01
            5284

我们可以发现，探针cg00050873的甲基化信号强度等于bead 32735311的Red Channel intensity；非甲基化信号强度等于bead 31717405的Red Channel intensity。

II 型探针

cg00035864 是450k 芯片上的一个II型探针，对应的bead 为31729416

> unmeth_intensity[rownames(unmeth_intensity) == "cg00035864", ][1]
5640269011_R01C01
            6057
> meth_intensity[rownames(meth_intensity) == "cg00035864", ][1]
5640269011_R01C01
             292
> red_intensity[rownames(red_intensity) == "31729416", ][1]
5640269011_R01C01
            6057
> green_intensity[rownames(green_intensity) == "31729416", ][1]
5640269011_R01C01
             292

探针cg00035864的甲基化信号强度等于bead 31729416的Red Channel intensity；非甲基化信号强度等于bead 31729416的Green Channel intensity。

关于I 型探针，II 型探针与Red, Green Channel 之间的对应的关系，下面的示意图能够很好的说明

I 型探针实际上是单色荧光标记，两个bead 发出相同颜色的荧光，1个bead 检测甲基化状态，另外1个bead 检测非甲基化状态；

II 型探针是双色荧光标记，通过不同的荧光信号来检测甲基化状态，绿色荧光表示非甲基化，红色荧光表示甲基化。

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原始发表：2018-03-27，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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