科学家们已经拥有了人类基因组的工作图谱超过十年，它是编码人类生活的DNA序列的一个完整的画面。但是新的内容也仍在被添加到该图谱：称为甲基团的化学标记图谱，它们修饰DNA的双链，并影响基因组被抑制表达的种类和时间。

目前，索尔克的科学家们已经构建了最全面的图谱，但还不包括这些化学类型——统称为表观基因组——来自于个人捐助者（包括一名妇女，男人和儿童）的超过十几个不同的人体器官。由于甲基化并不改变个人的遗传性基因序列，研究越来越显示出其对发育和健康会产生深远的影响。

“我们发现并不是所有我们调查的器官在它们的甲基化模式上都是平等的，”索尔克基因组分析实验室的主任，也是干细胞基因组学卓越中心的共同主任，通信作者Joseph R. Ecker教授说。“甲基化的特点在器官之间有足够的不同，因此我们可以观察到一个组织的甲基化模式，并知道该组织是肌肉，胸腺还是胰腺。”新的结果发表在2015年6月1日的自然（Nature）杂志上。

个体的基因组在每一个细胞中都是相同的，而表观基因组却会发生改变，因为它们与细胞中在任何给定的时间实际上使用的基因密切相关。例如甲基化标记有助于血细胞忽略成为脑或肝细胞所需要的基因。并且它们可以随时间而变化——例如随着个人的年龄，饮食或环境发生的改变，已被证明会影响甲基化。

“我们希望对表观基因组，尤其是DNA甲基化，在正常人体器官中的表现做一个基线评估，” Ecker说。为了做到这一点，科学家们收集了来自于4个人的18个器官中的细胞，并制定了它们的甲基化图谱。

正如预期的那样，排列在某些基因上的模式已知对细胞的功能来说是很重要的——例如从肌肉收集来的细胞中与肌肉相关的基因就有更少的甲基化。但是，新图谱的其他方面也很令人吃惊。研究人员发现一个称为非CG甲基化的不寻常甲基化形式，其被认为只在脑和干细胞中广泛分布。

“这种情况此前只在脑，骨骼肌，生殖细胞和干细胞中被发现，”埃克实验室的前研究生和新工作的第一作者Matthew Schultz说，“所以在各种正常组织中看到它是很令人兴奋的。”研究人员目前还不知道成体中非CG甲基化区的功能，但推测这可能暗示干细胞群在成体组织中的存在。

研究小组在他们的研究中也发现了指向新的探索途径的其他惊喜。例如他们发现，许多区域显示出不定位到预期地点的动态甲基化——在一个被称为启动子的DNA区域以及启动子的上游的调控区。“在过去，人们真的以为启动子或上游地区是所有事件发生的位点，”Ecker说。“但我们发现，大多数与基因转录相关的甲基化变化往往发生在启动子的下游地区。”当他们在研究个体基因是如何被调控时，此观察可能会影响研究人员怎样以及在何处寻找甲基化位点。

另一个令人惊讶的是器官彼此之间是如何在全基因组甲基化程度上发生如此广泛的差异。胰腺有一个不寻常的低甲基化水平，而胸腺有一个高水平的甲基化。研究人员目前还不知道原因。

新的研究结果只是触碰到了完全了解DNA甲基化模式的表面——有几十多个器官要分析，表观基因组学的式样和改变有太多的未知——是否不同的细胞的问题——即使在同一个器官——也会在它们的甲基化模式上发生改变。

“下一步要做的有趣的事是分出不同的细胞类型，”Yupeng He说，他是埃克实验室的研究生和论文的合作第一作者。“我们的样本是许多细胞的异质混合物。”

研究人员希望此结果能够提供一个了解疾病的起跳点，比如那些会影响轮廓的器官，可能会在表观基因组的改变上有所反映。

“你可以想像，最终，如果某人生病了，活检可能不仅要看细胞或基因的表征，也会看表观基因组的特点，”Ecker说。