CUT&Tag（Cleavage Under Targets and Tagmentation） 是一种高灵敏度的表观基因组研究技术，用于定位染色质结合蛋白、组蛋白修饰等在基因组上的精确分布。相比ChIP-seq，CUT&Tag样本需求更低、背景噪音更小，越来越多地应用于转录调控、表观遗传学与癌症研究等领域。然而，随着CUT&Tag技术在生命科学研究中的广泛应用，如何构建一个高效、可复现、可扩展的分析流程成为亟待解决的问题。特别是，利用Python的自动化与批处理能力结合R语言在基因组注释与可视化方面的优势，能够实现一套高度灵活且科研友好的CUT&Tag生物信息学流程。这种跨语言协同的策略，正日益成为现代生信分析的主流选择。

一、CUT&Tag分析流程概览

1、主要分析模块概述

（1）原始数据质控（FastQC/MultiQC）

（2）Reads比对（Bowtie2）

（3）去除冗余与过滤（SAMtools、Picard）

（4）峰值识别（MACS2）

（5）功能注释（ChIPseeker、TxDb、orgDb）

（6）数据可视化（deeptools、Gviz、ggplot2）

（7）上游调控/GO通路富集（clusterProfiler）

2、CUT&Tag分析策略说明

（1）Python用于流程自动化、并行计算与Shell指令封装

（2）R语言用于峰值注释、可视化与功能富集分析

（3）推荐结合Snakemake实现流程可复现与模块化

二、原始数据质控：保证数据分析的基础

1、FastQC批处理分析示例（Python）

import os

import subprocess

from multiprocessing import Pool

def run_fastqc(sample):

cmd = f"fastqc -o qc_results/ {sample}"

subprocess.run(cmd, shell=True)

samples = [f for f in os.listdir('raw_data/') if f.endswith('.fastq.gz')]

with Pool(4) as p:

p.map(run_fastqc, samples)

2、整合结果报告（MultiQC）

使用multiqc qc_results/指令汇总FastQC报告，评估测序质量、接头污染等问题。

三、Reads比对与过滤：准确定位CUT&Tag信号

1、Bowtie2比对与BAM转换（Python封装Shell）

def alignandfilter(sample):

basename = sample.split('.')[0]

cmd = f"""

bowtie2 -x hg38index -U rawdata/{sample} -S aligned/{basename}.sam

samtools view -bS aligned/{basename}.sam |

samtools sort -o aligned/{basename}_sorted.bam

samtools index aligned/{basename}_sorted.bam

"""

subprocess.run(cmd, shell=True)

2、注意事项

（1）参考基因组建议使用hg38，确保索引文件完整

（2）可结合picard MarkDuplicates进一步去除重复reads

四、峰值识别（Peak Calling）：MACS2的R与Python双栖调用

1、Python方式调用MACS2

from MACS2 import callpeak

callpeak.main([

'--treatment', 'aligned/sample1_sorted.bam',

'--name', 'sample1',

'--format', 'BAM',

'--gsize', 'hs',

'--outdir', 'peaks/',

'--qvalue', '0.01',

'--broad'

])

2、峰值类型选择

（1）组蛋白修饰通常表现为宽峰（broad peak），应加上--broad参数

（2）结合蛋白如TF（转录因子）使用窄峰（narrow peak）参数

五、注释与可视化：借助R语言高效完成基因组功能解析

1、使用ChIPseeker进行峰值注释

library(ChIPseeker)

library(TxDb.Hsapiens.UCSC.hg38.knownGene)

library(org.Hs.eg.db)

peakfile <- "peaks/sample1_peaks.broadPeak"

peakAnno <- annotatePeak(peakfile,

TxDb=TxDb.Hsapiens.UCSC.hg38.knownGene,

tssRegion=c(-3000, 3000),

annoDb="org.Hs.eg.db")

plotAnnoPie(peakAnno)

2、富集分析与调控通路探索

结合clusterProfiler执行GO/KEGG通路分析，实现功能注释与生物学假设提出。

六、数据可视化与报告输出：提升可解释性与成果转化效率

1、绘制基因组信号热图（deeptools）

computeMatrix reference-point

-S sample1.bw sample2.bw

-R genes.bed

--referencePoint TSS

-o matrix.gz

plotHeatmap -m matrix.gz -out heatmap.pdf

2、信号可视化（Gviz）

（1）适用于单基因、特定区域的展示

（2）搭配ggbio可进行组合式可视化排版

七、流程自动化与可复现性：推荐Snakemake或Nextflow管理流程

1、Snakemake优势（Python）

（1）模块化规则编写

（2）自动追踪文件依赖与任务状态

（3）支持多核并行与集群提交

2、Nextflow优势（支持R语言）

（1）兼容Docker/Singularity环境隔离

（2）支持云计算平台（AWS/GCP）部署

八、百泰派克生物科技CUT&Tag一站式解决方案

百泰派克生物科技基于丰富的CUT&Tag项目经验，已建立覆盖实验设计—高通量建库—生信分析—深度解读的全流程服务体系：

1、自建高通量数据处理平台，支持ChIP-seq/CUT&Tag/CUT&RUN数据统一标准分析

2、使用Python与R语言构建模块化流程，支持客户定制化需求

3、高质量交付图表、注释报告与解读建议，助力科研成果发表与专利申报

如您正在进行表观组研究，或面临数据处理瓶颈，欢迎联系我们获取专业的项目支持。

随着CUT&Tag技术不断进步，其数据分析流程也在不断优化与智能化。Python与R语言的协同使用，使我们能够更灵活地整合多种工具、构建高效且可扩展的分析流程。在数据密集型科研时代，掌握这类流程设计能力，将极大提升科研效率与竞争力。如您希望获取Python+R构建的完整CUT&Tag分析流程脚本包或咨询个性化数据分析方案，欢迎联系百泰派克生物科技专业团队。

百泰派克生物科技特色项目

一、蛋白测序

百泰派克生物科技使用Thermo公司新推出的Obitrap Fusion Lumos质谱仪及岛津公司埃德曼降解测序系统对蛋白质序列进行分析，提供基于质谱的蛋白测序分析服务，包括对蛋白质的氨基酸组成分析，N端测序，C端测序和全序列分析，以及基于埃德曼降解的蛋白质N端序列分析服务。对于未知理论序列的蛋白质，提供基于从头测序法的蛋白质从头测序服务，对蛋白序列进行分析。

※服务优势：

1.采用目前世界上先进的质谱仪器 Obitrap Fusion Lumos;

2.可实现对所测定靶蛋白序列 100% 的覆盖;

3.可测定蛋白N端多达 70个氨基酸序列;

4.可测定多种形式的样品: 蛋白溶液、PVDF 蛋白条带;

5.样品用量低: 蛋白样品仅需 5-10ug，即可完成检测;

6.测序不受N端封闭，PEC和和糖基化等N端修饰的影响。

二、蛋白质组学

百泰派克生物科技采用Thermo Fisher的Orbitrap Fusion Lumos质谱平台结合Nano-LC，提供定量蛋白质组学、靶向蛋白质组学、多肽组学、翻译后修饰蛋白组学等多种蛋白质组学分析服务。此外，百泰派克生物科技新推出基于timsTOF Pro的4D蛋白质组学服务，助力微量样本蛋白组学、大样本群医学及高通量修饰组学等研究工作。

※服务优势：

1 .高通量定量蛋白分析:多对照组大规模实验分析，发现新的生物标记物;

2.体内体外多种蛋白质标记方法，适用于分析组织、细胞、血液等多种样品;

3.质谱分析灵敏度高，实验结果重复度高;

4.可检测较低丰度蛋白，线性范围广;

5.专业生物信息学分析，分析更系统准确。

三、单细胞质谱流式技术分析

百泰派克生物科技采用Fluidigm质谱流式系统进行单细胞质谱流式技术分析，采用金属元素标记物（通常是金属元素标记的特异抗体）标记细胞表面和内部的分子，然后用流式细胞原理分离单个细胞，再用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析单个细胞的原子质量谱，最后将原子质量谱数据转换为细胞表面和内部的信号分子表达量。

※服务优势：

1.技术先进，填补技术空白

采用金属标记抗体技术，避免了传统流式荧光通道少且易相互影响的问题。可在单细胞层面上对多种指标同时进行表征，百泰派克生物科技可做到同时检测51个目标蛋白。

2.分析数量大，成本较低

单细胞RNAseq受成本等因素限制，所有样本细胞汇总的分析数目一般在2x10^4个左右，而流式质谱技术一次（单样本）就可分析至少10^5的细胞，实现了数量级的提高，且成本不高于单细胞RNAseq。

3.应用前景大

①流式质谱结果可以给出细胞亚群的变化，在临床诊断、疾病机制研究等方面具有极大的研究前景；

②将金属标签技术与其他技术结合会有新应用方向。除常规蛋白外，质谱流式细胞技术还可用于蛋白翻译后修饰；

③可检测细胞存活率、细胞大小、mRNA转录子表达量、DNA合成速率以及蛋白酶活性等。

四、基于高精度质谱的免疫多肽组学分析及新抗原发现

百泰派克生物科技的基于高精度质谱的免疫多肽组学分析及新抗原发现一站式解决方案包括我们专有的、高度敏感的免疫肽富集和鉴定方案。我们能够帮助您实现10,000个以上I型多肽和10,000个以上II型多肽的鉴定和识别。通过我们优化的高通量免疫多肽组学分析平台进行免疫肽组学分析，可从最小的样品材料中进行可重复的识别和定量。该服务可以应用于大规模的研究，旨在助力科研工作者寻找癌症、免疫疾病及传染病的解决方案，深入挖掘未知的靶标。

五、生物药物表征

百泰派克基于高分辨率质谱技术，MALDI TOF，高效色谱分离技术，提供一系列完善的生物药物分析方案，从蛋白质、多肽、抗体、疫苗等生物制品的氨基酸组成和一级结构分析，到产品变异性和纯度分析。旨在提供优质生物药物分析服务，帮助生物医药生产商提高生物药物品质。

百泰派克生物科技七大检测平台

百泰派克生物科技-生物制品表征，生物质谱多组学优质服务商

北京百泰派克生物科技有限公司致力于为生物/制药和医疗器械行业提供质量控制检测和项目验证等专业服务。公司实验室遵循NMPA、ICH、FDA和EMA等的法规和指导原则，通过CNAS/ISO9001双重质量体系认证，建立了完备的质量体系，数据冷热/异地备份，设备定期计量/期间核查，软件审计追踪，为客户提供一体化解决方案和技术服务，支持新药研发、药物申报注册和生产放行。

1.公司采用ISO9001质量控制体系，专业提供以质谱为基础的CRO检测分析服务；

2.获国家CNAS实验室认可，为客户提供符合全球药政法规的药物质量研究服务；

3.业务范围覆盖蛋白质组学、多肽组学、代谢组学、生物药物表征、单细胞分析、单细胞质谱流式、生信云分析以及多组学生物质谱整合分析等；

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