检测基因突变的装置和用于对孕妇和胎儿的基因型进行分型的试剂盒制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种检测基因突变的装置和用于对孕妇和胎儿的基因型进行分型的试剂盒。该装置包括：检测模块、比对模块、目标混合基因型确定模块以及突变位点筛选模块。通过检测模块及与比对模块，得到母本和胎儿基因组信息中与参考基因组不同的SNP位点，并通过利用目标混合基因型确定模块对孕妇和胎儿组成的假四倍体的混合基因型进行分型，得到各SNP位点上母本和胎儿的基因型，从而实现了仅利用孕妇外周血样本便能检测出胎儿所有可能的基因突变的情况。该装置无需对父亲来源或者母亲来原的样本进行单独的测序，实现了仅利用孕妇外周血的测序数据既能检测出胎儿所有可能的基因突变，为胎儿基因检测提供了便利和多样化的服务。

Device for detecting gene mutation and kit for genotyping of pregnant and fetal genotypes

The invention discloses a device for detecting gene mutation and a kit for typing the genotypes of pregnant women and fetuses. The device comprises a detection module, a comparison module, a target mixed genotype determination module and a mutation site screening module. The SNP loci different from the reference genome in the maternal and fetal genome information are obtained by the detection module and the comparison module, and the genotypes of the false Tetraploid of pregnant women and the fetus are typed by using the target mixed genotyping module to obtain the genotype of the mother and fetus on the SNP loci. It is now possible to detect all possible mutations in the fetus by using maternal blood samples. The device does not need to be sequenced separately from the source of the father or the mother's original sample. It is possible to detect all possible genetic mutations in the fetus by using only the sequencing data from the peripheral blood of pregnant women, providing a convenient and diversified service for the detection of fetal genes.

【技术实现步骤摘要】
检测基因突变的装置和用于对孕妇和胎儿的基因型进行分型的试剂盒
本专利技术涉及生物信息领域，具体而言，涉及一种检测基因突变的装置和用于对孕妇和胎儿的基因型进行分型的试剂盒。
技术介绍
产前诊断又称宫内诊断，是指胎儿出生前采用各种方法预测其是否有先天性疾病(包括畸形和遗传性疾病)，为能否继续妊娠提供科学依据。其中，遗传性疾病的产前诊断主要针对染色体病及孟德尔遗传病(Mendelianinheritantdisease)。孟德尔遗传病是指按照孟德尔遗传方式进行传递的疾病，通常由一对等位基因控制的单个基因突变引起，涉及单个核苷酸到整个基因改变，故又称单基因病(single-genedefects)。截至到2013年6月25日，OMIM(onlinemendelianinheritanceinman)数据库已收人分子机制明确的单基因病4912种，涉及致病基因2992个。从目前产前检测的策略来看，基因诊断可以分为直接基因诊断和间接基因诊断两大类。直接基因诊断即直接检测致病基因本身，此类方法主要适用于先证者基因突变位点、类型、致病性明确的家系。从目前单基因病产前诊断的检测项目来看，根据诊断时间段的不同，分为植入前遗传学诊断(PGD)和妊娠期产前诊断两种。高通量测序技术的发展大大加速了临床检测技术的革新。妊娠产前诊断包括有创产前诊断和无创产前诊断。无创产前诊断又称非侵入性的产前诊断技术(non-invasiveprenataldiagnosis，NIPD)。随着母亲血浆中存在胎儿游离DNA(cffDNA)的发现，无创产前诊断因其风险低的优势越来越受到欢迎。但由于母源DNA与胎儿游离DNA差异极小，大量母源DNA背景无疑增加了对于胎儿游离DNA检测的难度，这一点尤其表现在点突变的检测方面。最近，Liao等和Lo等通过对妊娠妇女血浆游离DNA进行高达65x人类基因组覆盖度的测序分析，检测出胎儿携带有不少于父源95％的特异性SNP，通过测序结果推导出胎儿和妊娠妇女基因组遗传图谱，成功检测出1例胎儿遗传了父亲的地中海贫血症基因4bp的已知碱基突变。上述方法虽然能够通过对妊娠妇女血浆游离DNA的测序分析推导出胎儿的基因组遗传图谱，但需要结合父亲来源的遗传信息。对多个样本进行测序无疑会增加大量测序成本，对父亲来源遗传信息的依赖也可能受到限制。上述方法同时还存在需要全基因组测序、对测序深度要求高和仅能判断与父源相关突变的问题。因此，仍需要对现有的检测方法进行改进。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种检测基因突变的装置和用于对孕妇和胎儿的基因型进行分型的试剂盒，以对测序数据范围内的胎儿所有SNP进行检测，同时降低检测成本。为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种检测基因突变的装置，该装置包括：检测模块，用于对孕妇外周血中的游离DNA进行高通量测序，得到测序数据；比对模块，用于将测序数据与参考基因组序列进行比对，得到SNP位点；目标混合基因型确定模块，用于采用贝叶斯模型和初始胎儿浓度f对各SNP位点进行混合基因型分型，得到各SNP位点的七种混合基因型中最大概率的混合基因型，并将最大概率的混合基因型作为各SNP位点的目标混合基因型；以及突变位点筛选模块，用于根据各SNP位点的目标混合基因型中的胎儿基因型筛选出导致胎儿基因突变的突变位点；其中，混合基因型是指孕妇和胎儿组成的假四倍体的基因型，混合基因型为AAAA、AAAB、ABAA、ABAB、ABBB、BBAB和BBBB七种中的任意一种，将AAAA、AAAB、ABAA、ABAB、ABBB、BBAB和BBBB按顺序依次编号为第1种、第2种、第3种、第4种、第5种、第6种和第7种，A表示各SNP位点的参考基因型，B表示各SNP位点的突变基因型。进一步地，目标混合基因型确定模块包括：预估模块，用于采用贝叶斯模型和初始胎儿浓度f计算得到各SNP位点的七种混合基因型中概率最大的混合基因型，并将概率最大的混合基因型作为初始混合基因型；选取模块，用于选取方便计算第二胎儿浓度的初始混合基因型作为第二混合基因型；计算模块，用于根据第二混合基因型及测序数据，计算得到第二胎儿浓度f’；比较模块，用于比较第二胎儿浓度f’与初始胎儿浓度f，得到差值△f；判断模块，用于判断差值△f与设定值的关系；循环模块，用于当△f大于设定值时，将f’作为f重复执行预估模块、选取模块、计算模块、比较模块以及判断模块；标记模块，用于当△f在设定值以下时，将初始胎儿浓度f对应的初始混合基因型记为目标混合基因型。进一步地，目标混合基因型确定模块采用贝叶斯模型和初始胎儿浓度f对各SNP位点进行混合基因型分型，得到各SNP位点的七种混合基因型中最大概率的混合基因型的步骤包括：根据七种混合基因型的条件概率和为1得到下列公式(1)，其中Gj表示七种所述混合基因型中的任一种，S表示各SNP位点中的某一位点，ΣP(Gj|S)＝1(1)P(Gj|S)表示某一SNP位点如S一样时，SNP位点的混合基因型是Gj的概率；由贝叶斯模型得到下列公式(2)在公式(2)中，P(Gij)表示在第i个SNP位点上出现Gj基因型的概率，j值与按顺序依次编号的混合基因型相对应分别为1、2、3、4、5、6或7；从Gj中选取任意一种混合基因型Gj*为基准，则由公式(2)得出以下公式(3)：将公式(2)与公式(3)两边相除，得到下列公式(4)其中，表示在Si条件下，第i个SNP位点的混合基因型为Gj的概率与第i个SNP位点的混合基因型为Gj*的概率的比值；P(Gij)通过群体突变频率计算得到，P(Si|Gij)通过利用各SNP位点上出现的突变等位基因的次数、与突变等位基因相应的参考等位基因的次数以及初始胎儿浓度，通过负二项分布公式得到；然后由下列公式(5)找到七种混合基因型中出现概率最大的混合基因型，将出现概率最大的混合基因型记为第i个SNP位点上的最大概率的混合基因型。进一步地，上述公式(4)中的P(Gij)通过以下公式(6)中孕妇的基因型G’的概率与胎儿的基因型G’的概率相乘得到，其中，θ为第i个SNP位点的群体突变频率。进一步地，上述公式(4)中的P(Si|Gij)通过以下公式(7)计算得到：其中，r代表第i个SNP位点上出现突变等位基因的次数，k第i个SNP位点上出现参考等位基因的次数，f(b)代表第i个SNP位点的混合基因型为Gij时，理论上胎儿出现突变等位基因的概率。进一步地，第i个SNP位点的混合基因型为Gij时理论上胎儿出现突变等位基因的概率f(b)，根据混合基因型Gij的不同，分别按如下方式计算：当混合基因型Gij为Gi1时，f(b)的值为0；当混合基因型Gij为Gi2时，f(b)的值为f/2；当混合基因型Gij为Gi3时，f(b)的值为0.5-f/2；当混合基因型Gij为Gi4时，f(b)的值为0.5；当混合基因型Gij为Gi5时，f(b)的值为0.5+f/2；当混合基因型Gij为Gi6时，f(b)的值为1-f/2；当混合基因型Gij为Gi7时，f(b)的值为1；其中，f代表初始胎儿浓度。进一步地，预估模块中的初始胎儿浓度为预估胎儿浓度，优选地，预估胎儿浓度为10％，更优选，判断模块中的设定值≤0.001。进一步地，计算模块中的第二混合基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测基因突变的装置，其特征在于，所述装置包括：检测模块，用于对孕妇外周血中的游离DNA进行高通量测序，得到测序数据；比对模块，用于将所述测序数据与参考基因组序列进行比对，得到SNP位点；目标混合基因型确定模块，用于采用贝叶斯模型和初始胎儿浓度f对各所述SNP位点进行混合基因型分型，得到各所述SNP位点的七种所述混合基因型中最大概率的混合基因型，并将所述最大概率的混合基因型作为各所述SNP位点的目标混合基因型；以及突变位点筛选模块，用于根据各所述SNP位点的所述目标混合基因型中的胎儿基因型筛选出导致胎儿基因突变的突变位点；其中，所述混合基因型是指孕妇和胎儿组成的假四倍体的基因型，所述混合基因型为AAAA、AAAB、ABAA、ABAB、ABBB、BBAB和BBBB七种中的任意一种，将所述AAAA、AAAB、ABAA、ABAB、ABBB、BBAB和BBBB按顺序依次编号为第1种、第2种、第3种、第4种、第5种、第6种和第7种，A表示各所述SNP位点的参考基因型，B表示各所述SNP位点的突变基因型。

【技术特征摘要】
1.一种检测基因突变的装置，其特征在于，所述装置包括：检测模块，用于对孕妇外周血中的游离DNA进行高通量测序，得到测序数据；比对模块，用于将所述测序数据与参考基因组序列进行比对，得到SNP位点；目标混合基因型确定模块，用于采用贝叶斯模型和初始胎儿浓度f对各所述SNP位点进行混合基因型分型，得到各所述SNP位点的七种所述混合基因型中最大概率的混合基因型，并将所述最大概率的混合基因型作为各所述SNP位点的目标混合基因型；以及突变位点筛选模块，用于根据各所述SNP位点的所述目标混合基因型中的胎儿基因型筛选出导致胎儿基因突变的突变位点；其中，所述混合基因型是指孕妇和胎儿组成的假四倍体的基因型，所述混合基因型为AAAA、AAAB、ABAA、ABAB、ABBB、BBAB和BBBB七种中的任意一种，将所述AAAA、AAAB、ABAA、ABAB、ABBB、BBAB和BBBB按顺序依次编号为第1种、第2种、第3种、第4种、第5种、第6种和第7种，A表示各所述SNP位点的参考基因型，B表示各所述SNP位点的突变基因型。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述目标混合基因型确定模块包括：预估模块，用于采用贝叶斯模型和初始胎儿浓度f对各所述SNP位点进行混合基因型分型，得到各所述SNP位点的七种所述混合基因型中最大概率的混合基因型，并将所述概率最大的混合基因型作为初始混合基因型；选取模块，用于选取方便计算第二胎儿浓度的所述初始混合基因型作为第二混合基因型；计算模块，用于根据所述第二混合基因型及所述测序数据，计算得到第二胎儿浓度f’；比较模块，用于比较所述第二胎儿浓度f’与所述初始胎儿浓度f，得到差值Δf；判断模块，用于判断所述差值Δf与设定值的关系；循环模块，用于当Δf大于设定值时，将所述f’作为f重复执行所述预估模块、所述选取模块、所述计算模块、所述比较模块以及所述判断模块；标记模块，用于当Δf在设定值以下时，将所述初始胎儿浓度f对应的所述初始混合基因型记为所述目标混合基因型；优选地，所述预估模块中的所述初始胎儿浓度为预估胎儿浓度，更优选地，所述预估胎儿浓度为10％；优选地，所述计算模块中的所述第二混合基因型选自如下四种混合基因型中的任意一种或多种：AAAB、ABAA、ABBB以及BBAB；更优选，所述判断模块中的所述设定值≤0.001。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述目标混合基因型确定模块采用贝叶斯模型和初始胎儿浓度f对各所述SNP位点进行混合基因型分型，得到各所述SNP位点的七种所述混合基因型中最大概率的混合基因型的步骤包括：根据七种所述混合基因型的条件概率和为1得到下列公式(1)，其中Gj表示七种所述混合基因型中的任一种，∑P(Gj|S)＝1(1)S表示各所述SNP位点中的某一位点，P(Gj|S)表示某一SNP位点如S一样时，所述SNP位点的混合基因型是Gj的概率；由贝叶斯模型得到下列公式(2)在所述公式(2)中，P(Gij)表示在第i个所述SNP位点上出现Gj基因型的概率，j值与按顺序依次编号的所述混合基因型相对应分别为1、2、3、4、5、6或7；从Gj中选取任意一种混合基因型Gj*为基准，则由所述公式(2)得出以下公式(3)：将公式(2)与公式(3)两边相除，得到下列公式(4)其中，表示在Si条件下，第i个SNP位点的混合基因型为Gj的概率与第i个SNP位点的混合基因型为Gj*的概率的比值；P(Gij)通过群体突变频率计算得到，P(Si|Gij)通过利用各所述SNP位点上出现的突变等位基因的次数、与所述突变等位基因相应的参考等位基因的次数以及所述初始胎儿浓度f，通过负二项分布公式得到；然后由下列公式(5)找到七种所述混合基因型中出现概率最大的混合基因型，将所述出现概率最大的混合基因型记为第i个SNP位点上的所述最大概率的混合基因型；优选地，所述公式(4)中的P(Gij)通过以下公式(6)中孕妇的基因型G’的概率与胎儿的基因型G’的概率相乘得到，其中，θ为第i个SNP位点的群体突变频率。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述公式(4)中的P(Si|Gij)通过以下公式(7)计算得到：其中，r代表第i个SNP位点上出现突变等位基因的次数，k第i个SNP位点上出现参考等位基因的次数，f(b)代表第i个SNP位点的混合基因型为Gij时，理论上胎儿出现突变等位基因的概率；更优选地，所述第i个SNP位点的混合基因型为Gij时理论上胎儿出现突变等位基因的概率f(b)，根据所述混合基因型Gij的不同，分别按如下方式计算：当所述混合基因型Gij为Gi1时，所述f(b)的值为0；当所述混合基因型Gij为Gi2时，所述f(b)的值为f/2；当所述混合基因型Gij为Gi3时，所述f(b)的值为0.5-f/2；当所述混合基因型Gij为Gi4时，所述f(b)的值为0.5；当所述混合基因型Gij为Gi5时，所述f(b)的值为0.5+f/2；当所述混合基因型Gij为Gi6时，所述f(b)的值为1-f/2；当所述混合基因型Gij为Gi7时，所述f(b)的值为1；其中，f代表所述初始胎儿浓度。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述突变位点筛选模块包括：高发多态性位点过滤子模块，用于将各SNP位点的所述目标混合基因型中的胎儿基因型中属于人群高发的多态性位点进行过滤，得到初步...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜洋，彭胜斌，惠峰，张晗，玄兆伶，李大为，梁峻彬，陈重建，
申请(专利权)人：安诺优达基因科技北京有限公司，浙江安诺优达生物科技有限公司，安诺优达义乌医学检验有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11