一种并行分离核酸片断的拼接算法及其应用制造技术

技术编号:17780140 阅读:26 留言:0更新日期:2018-04-22 08:52
本发明专利技术涉及医学诊断领域,具体而言,涉及一种并行分离核酸片断的拼接算法及其应用。该方法包括:选择通道i,对内标信号进行峰识别,记录各峰的位置;将内标信号的峰位按照从小到大的顺序排列;根据各通道信号特征,选择相应的峰位,从而确定各通道的信号提取范围;提取通道i对应的范围内的除内标以外的其余信号;计算通道i的电泳电压Vi与通道1电泳电压V1的比例ki;将所提取的所述信号根据所述比例ki进行伸缩变换,以使得通道i与通道1的所述信号的一致;重复上述步骤直至得到所有通道经过伸缩后的结果;根据通道顺序,将各通道保存的结果进行拼接,得到完整的基因片断信息。该方法可将分割后的核酸片断进行拼接,从而可以大幅度加快检测速度。

【技术实现步骤摘要】
一种并行分离核酸片断的拼接算法及其应用
本专利技术涉及医学诊断领域,具体而言,涉及一种并行分离核酸片断的拼接算法及其应用。
技术介绍
毛细管电泳(capillaryelectrophoresis,CE)是离子或荷电粒子以高压电场为驱动力,以毛细管为分离通道,依据样品中组分之间的淌度或分配系数的差异,而实现高效、快速分离的一类电泳新技术。仪器装置包括高压电源、毛细管、检测器以及供毛细管两端插入且和电源相连的两个储液瓶。毛细管电泳的分离过程是典型的差速运动过程。混合物在迁移过程中,各样品分子因自身的速度不同,将逐渐分成不同的区带,快者前,慢者后。时间越长,区带越小、数目越多、距离越开,即分离越好。在分离通道的终点安装一种检测器,把分子通过终点的情况记录下来,即可得到电泳图谱。以最常用的毛细管区带电泳为例,毛细管和电极槽内充有相同组分和相同浓度的背景电解质溶液。样品从毛细管一端(进样端)导入,当毛细管两端加上一定的电压后,荷电质朝与其电荷极性相反的电极方向移动。同时,由于毛细管内壁与缓冲溶液接触的界面形成双电层,导致毛细管内的溶液在外加电场的作用下整体朝一个方向运动,即电渗流现象。由于电渗流的速度比电泳速度快5-7倍,因此毛细管电泳利用电渗流可将正、负离子和中性分子一起朝一个方向移动,而离子或荷电粒子迁移速度是电泳和电渗流速度的矢量和。由于样品各组分间迁移速度的不同,经过一定时间,各组分按其速度大小依次流出毛细管到达检测端进行检测,得到按时间分布的电泳谱图。用谱峰的迁移时间作定性分析;按其谱峰的高度或峰面积进行定量分析。生命科学的迅猛发展对生物样品的分离分析提出越来越高的要求。因为生物样品种类繁多,结构复杂,样品量少,制备、浓缩、分离比较困难,分析工作量大,所以人们迫切希望找到高通量、高灵敏度、高效率的分析方法。毛细管电泳以其分离效率高,分析速度快,样品用量少,容易实现自动化等优点,在生物样品的分析方面发挥着重要的作用。毛细管电泳现在已应用到DNA分析的众多方面,例如测序、基因突变分析、DNA片断或PCR产物测定、基因表达、DNA损伤分析、疾病诊断等。而mRNA的直接分析相对比较困难,但也可以通过反转录成互补DNA(cDNA)进行分析。然而现有技术中,在针对DNA片断分析方法中,通常采用的是采集一个通道中基因片断所有碱基长度的信号进行分析的方法。由于大片断的迁移速率会明显小于小片断的迁移速度,所以对DNA片断中的大片断进行分析时,需要耗时较长(一般为30分钟),影响检测的时效。本专利技术的专利技术人专利技术通过将待检测核酸分割为含有多个核酸片断并使用多通道毛细管电泳仪进行检测,通过限定各通道的电压从而起到了化整为零的效果,可以大幅度加快检测速度。但在进行信号的拼接时,现有技术中未有可行的算法。有鉴于此,特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种并行分离核酸片断的拼接算法,该方法可配合将待检测核酸分割为含有多个核酸片断并使用多通道毛细管电泳仪进行检测的检测方法,将分割后的核酸片断进行拼接,从而可以大幅度加快检测速度。为了实现本专利技术的上述目的,特采用以下技术方案:本专利技术涉及一种并行分离核酸片断的拼接算法,包括:步骤120:选择通道i,对内标信号进行峰识别,记录各峰的位置;步骤130:将内标信号的峰位按照从小到大的顺序排列;步骤140:根据各通道信号特征,选择相应的峰位,从而确定各通道的信号提取范围;步骤150:提取通道i对应的范围内的除内标以外的其余信号;步骤160:计算通道i的电泳电压Vi与通道1电泳电压V1的比例ki;步骤170:将步骤150提取的所述信号根据所述比例ki进行伸缩变换,以使得通道i与通道1的所述信号的一致;步骤180:重复步骤120-170,得到所有通道经过伸缩后的结果;步骤190:根据通道顺序,将各通道保存的结果进行拼接,得到完整的基因片断信息。根据电泳的迁移速率v与电泳的电场强度E存在关系式:v=kVE其中比例系数k=Q/(eaM+b·6η·L),Q是片断的净电荷,a和b是分子量与分子半径之间的关系系数,η是电泳凝胶的粘度,L是毛细管长度。由式可见,基因片断的迁移速率与电泳电压以及片断的分子量有着直接的关系。在现有技术中,检测核酸片断的方法为在同一个毛细管中,加上同一种电压让100-500bp大小的片断分开。根据上述公式可知,大片断的迁移速率会明显小于小片断的迁移速度,因此现有技术的方法会由于大片断的迁移速率低而拖慢整体的检测时间。通过在不同毛细管阵列通道的两端施加不同的电泳电压,使得各毛细管通道对不同长度的片断产生分离效果,并具有大致相同的迁移速率(由于CCD在进行信号检测时,是同时对各通道的激发光信号进行检测的,因此迁移速率越接近一致,则电泳时间就越短);电泳结束后,再通过本专利技术所提供的拼接算法,将各通道的电泳分离数据进行拼接,就可以最终得到完整的基因片断的信息。根据本专利技术的一方面,本专利技术还提供了将如上所述的并行分离核酸片断的拼接算法在检测特定基因座的有无以及STR分型中的应用。与现有技术相比,本专利技术的有益效果为:已有的基因片断分析中,对于500bp左右片断的分析,通常得到最终结果需要耗时30~40分钟,采用本专利技术可以缩短耗时,从30~40分钟缩短为约10分钟,极大地提高了分析效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中所采用的拼接算法的具体步骤;图2为本专利技术所提供方法的流程示意图;图3为实施例中采用8通道的毛细管阵列进行分析时的仪器示意图;图4为实施例中拼接前的电泳数据图;图5为实施例中拼接完成后的电泳数据图。具体实施方式本专利技术涉及一种并行分离核酸片断的拼接算法,包括:步骤120:选择通道i,对内标信号进行峰识别,记录各峰的位置;步骤130:将内标信号的峰位按照从小到大的顺序排列;步骤140:根据各通道信号特征,选择相应的峰位,从而确定各通道的信号提取范围;步骤150:提取通道i对应的范围内的除内标以外的其余信号;步骤160:计算通道i的电泳电压Vi与通道1电泳电压V1的比例ki;步骤170:将步骤150提取的所述信号根据所述比例ki进行伸缩变换,以使得通道i与通道1的所述信号的一致;步骤180:重复步骤120-170,得到所有通道经过伸缩后的结果;步骤190:根据通道顺序,将各通道保存的结果进行拼接,得到完整的基因片断信息。优选的,如上所述的并行分离核酸片断的拼接算法,在步骤120之前,还包括步骤110:对各通道中内标信号进行去噪和平滑处理。优选的,如上所述的并行分离核酸片断的拼接算法,所述并行分离核酸片断的方法包括:将待检测核酸分割为含有多个核酸片断的片断组合物,所述片断组合物带有荧光染料标记,使用多通道毛细管阵列电泳仪对所述片断组合物进行多通道同时检测,根据预设的每个通道所要检测的核酸片断的长度区间调整每个通道两端的电压大小,以使得各通道中所述预设的所要检测的核酸片断的电泳的迁移速率接近相同;采集各通道的电泳结果信息并本文档来自技高网
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一种并行分离核酸片断的拼接算法及其应用

【技术保护点】
一种并行分离核酸片断的拼接算法,其特征在于,包括:步骤120:选择通道i,对内标信号进行峰识别,记录各峰的位置;步骤130:将内标信号的峰位按照从小到大的顺序排列;步骤140:根据各通道信号特征,选择相应的峰位,从而确定各通道的信号提取范围;步骤150:提取通道i对应的范围内的除内标以外的其余信号;步骤160:计算通道i的电泳电压Vi与通道1电泳电压V1的比例ki;步骤170:将步骤150提取的所述信号根据所述比例ki进行伸缩变换,以使得通道i与通道1的所述信号的一致;步骤180:重复步骤120‑170,得到所有通道经过伸缩后的结果;步骤190:根据通道顺序,将各通道保存的结果进行拼接,得到完整的基因片断信息。

【技术特征摘要】
1.一种并行分离核酸片断的拼接算法,其特征在于,包括:步骤120:选择通道i,对内标信号进行峰识别,记录各峰的位置;步骤130:将内标信号的峰位按照从小到大的顺序排列;步骤140:根据各通道信号特征,选择相应的峰位,从而确定各通道的信号提取范围;步骤150:提取通道i对应的范围内的除内标以外的其余信号;步骤160:计算通道i的电泳电压Vi与通道1电泳电压V1的比例ki;步骤170:将步骤150提取的所述信号根据所述比例ki进行伸缩变换,以使得通道i与通道1的所述信号的一致;步骤180:重复步骤120-170,得到所有通道经过伸缩后的结果;步骤190:根据通道顺序,将各通道保存的结果进行拼接,得到完整的基因片断信息。2.根据权利要求1所述的并行分离核酸片断的拼接算法,其特征在于,在步骤120之前,还包括步骤110:对各通道中内标信号进行去噪和平滑处理。3.根据权利要求1或2所述的并行分离核酸片断的拼接算法,其特征在于,所述并行分离核酸片断的方法包括:将待检测核酸分割为含有多个核酸片断的片断组合物,所述片断组合物带有荧光染料标记,使用多通道毛细管阵列电泳仪对所述片断组合物进行多通道同时检测,根据预设的每个通道所要检测的核酸片断的长度区间调整每个通道两端的电压大小,以使得各通道中所述预设的所要检测的核酸片断的电泳的迁移速率接近相同;采集各通道的电泳结果信息并进行拼接,得到完整的待检测核酸信息...

【专利技术属性】
技术研发人员:吕华张吉华陈功俊
申请(专利权)人:南京溯远基因科技有限公司
类型:发明
国别省市:江苏,32

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