本文關(guān)鍵詞：高通量測(cè)序誤差模型分析及解碼方案設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 高通量測(cè)序 熒光光譜串?dāng)_ 相位偏移 兩核苷酸同時(shí)測(cè)序 解碼

【摘要】：高通量DNA測(cè)序技術(shù)是目前生命科學(xué)領(lǐng)域的一種重要的研究手段。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展,高通量測(cè)序技術(shù)無(wú)論在測(cè)序通量還是測(cè)序速度上都有了很大的提升,測(cè)序成本也有了大幅度的降低。然而高通量測(cè)序錯(cuò)誤率高等難題仍未得到有效解決。另外,目前市場(chǎng)上所有的商用測(cè)序儀器及其配套試劑都被國(guó)外測(cè)序儀公司所壟斷,要打破這種局面必須發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)測(cè)序儀。本課題針對(duì)東南大學(xué)生物電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研制的AG系列測(cè)序儀,研究系統(tǒng)誤差的來(lái)源及其糾錯(cuò)模型,以期提高現(xiàn)有AG-100測(cè)序平臺(tái)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的準(zhǔn)確率,在此基礎(chǔ)上,建立堿基識(shí)別算法并開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng),并同時(shí)為雙堿基編碼測(cè)序技術(shù)的AG-200平臺(tái)提供解碼方案。本論文首先分析了高通量測(cè)序平臺(tái)中常見(jiàn)的測(cè)序誤差,介紹并比較了一些比較流行的誤差模型及校正的工具。在此基礎(chǔ)上,對(duì)自主研發(fā)的基于連接法測(cè)序的AG-100高通量測(cè)序平臺(tái),我們分析了該平臺(tái)的誤差來(lái)源,建立了相應(yīng)的誤差校正模型,主要包括熒光光譜串?dāng)_校正和相位偏移校正。對(duì)于光譜串?dāng)_,我們將其視作一個(gè)線(xiàn)性轉(zhuǎn)換問(wèn)題,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,明確了求解串?dāng)_矩陣是校正流程中的關(guān)鍵步驟。我們采取了逐步迭代的方法對(duì)串?dāng)_矩陣進(jìn)行估算,并在迭代的過(guò)程中對(duì)熒光強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷地校正。在相位偏移的校正步驟中,我們將測(cè)序片段按照連接法測(cè)序時(shí)的順序分割成更小的片段,對(duì)分割后的片段分別建立相位偏移矩陣,然后逐一校正,再將其合成。最后我們?yōu)锳G-100平臺(tái)的堿基識(shí)別流程開(kāi)發(fā)了軟件,該軟件接收熒光強(qiáng)度數(shù)據(jù)作為輸入,輸出fastq格式的包含序列和及其質(zhì)量的文件。通過(guò)模擬試驗(yàn)證明該軟件能有效地校正光譜串?dāng)_偏差。為提高測(cè)序效率,在連接測(cè)序的基礎(chǔ)上,我們實(shí)驗(yàn)室還提出了兩核苷酸同時(shí)合成DNA測(cè)序方案。相比較單核苷酸測(cè)序,兩核苷酸測(cè)序具有較高的精度,但同時(shí)也造成每一輪測(cè)序結(jié)果不直觀,我們需要對(duì)其進(jìn)行解碼。為此我們提出了相應(yīng)的解碼方案,并采用模擬數(shù)據(jù)集進(jìn)行了測(cè)試,取得了完全正確的解碼結(jié)果。然后將這個(gè)方案推廣到包含測(cè)序錯(cuò)誤的情況下,我們?cè)敿?xì)分析了三組編碼序列的全部誤差模式,并分別為其可能出現(xiàn)的測(cè)序錯(cuò)誤提出了相應(yīng)的糾正方案。通過(guò)模擬數(shù)據(jù)集的測(cè)試,初步驗(yàn)證了該解碼方案的正確性。
【關(guān)鍵詞】：高通量測(cè)序 熒光光譜串?dāng)_ 相位偏移 兩核苷酸同時(shí)測(cè)序 解碼
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：Q78
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-18
• 1.1 引言8
• 1.2 測(cè)序技術(shù)的誕生與“人類(lèi)基因組計(jì)劃”8-9
• 1.3 高通量測(cè)序技術(shù)問(wèn)世9-13
• 1.3.1 高通量測(cè)序技術(shù)的誕生10-11
• 1.3.2 第三代測(cè)序技術(shù)11
• 1.3.3 各類(lèi)測(cè)序技術(shù)間的比較11-13
• 1.4 高通量測(cè)序技術(shù)的應(yīng)用與千人基因組計(jì)劃13-15
• 1.4.1 全基因組測(cè)序13-14
• 1.4.2 宏基因組測(cè)序14
• 1.4.3 研究DNA和蛋白質(zhì)的相互作用14
• 1.4.4 “千人基因組計(jì)劃”14-15
• 1.5 高通量測(cè)序目前存在的問(wèn)題15
• 1.6 課題的研究的意義與內(nèi)容15-16
• 1.6.1 課題背景及意義15-16
• 1.6.2 課題研究?jī)?nèi)容16
• 1.7 論文章節(jié)安排16-17
• 1.8 本章小結(jié)17-18
• 第二章 高通量測(cè)序的偏差及現(xiàn)行解決方案18-24
• 2.1 高通量測(cè)序的偏差分類(lèi)18-22
• 2.1.1 不完善的化學(xué)反應(yīng)引入的偏差18-20
• 2.1.2 采用光學(xué)檢測(cè)而帶來(lái)的偏差20-22
• 2.2 現(xiàn)行的堿基識(shí)別工具22-23
• 2.3 本章小結(jié)23-24
• 第三章 AG-100測(cè)序平臺(tái)的誤差模型分析及堿基識(shí)別方案研究24-35
• 3.1 引言24
• 3.2 熒光光譜串?dāng)_的校正思想24-29
• 3.2.1 串?dāng)_模型24-25
• 3.2.2 串?dāng)_矩陣分析25-28
• 3.2.3 串?dāng)_校正流程28-29
• 3.3 相位偏移校正29-31
• 3.3.1 基于連接法測(cè)序的相位偏移處理29-30
• 3.3.2 相位偏移處理的基本過(guò)程30-31
• 3.4 AGNGS堿基識(shí)別軟件31-34
• 3.5 本章小結(jié)34-35
• 第四章 兩核苷酸同時(shí)合成DNA測(cè)序的解碼方案研究35-52
• 4.1 引言35
• 4.2 兩核苷酸同時(shí)合成DNA測(cè)序技術(shù)35-40
• 4.2.1 兩核苷酸同時(shí)合成DNA測(cè)序原理35-36
• 4.2.2 兩核苷酸同時(shí)合成DNA測(cè)序技術(shù)特點(diǎn)分析36-40
• 4.2.3 解碼方案相關(guān)術(shù)語(yǔ)40
• 4.3 基于兩組編碼序列信息的解碼方案40-42
• 4.4 基于三組編碼序列信息的解碼方案的初步研究42-50
• 4.4.1 無(wú)測(cè)序錯(cuò)誤下基于三組編碼序列信息的解碼方案42-43
• 4.4.2 存在測(cè)序錯(cuò)誤下基于三組編碼序列信息的解碼方案43-50
• 4.5 本章小結(jié)50-52
• 第五章 總結(jié)與展望52-54
• 5.1 工作總結(jié)52-53
• 5.2 展望53-54
• 參考文獻(xiàn)54-58
• 附錄A AGNGS軟件說(shuō)明58-60
• 附錄B 解碼測(cè)序、454、Illumina三大平臺(tái)每序列平均拍照次數(shù)模擬試驗(yàn)60-62
• 致謝62-63
• 作者簡(jiǎn)介63

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