一种基于最大点权重团的CE平台多重多通道STR引物的设计方法和系统技术方案

本申请涉及生物信息学分析技术领域，具体提供一种基于最大点权重团的CE平台多重多通道STR引物的设计方法和系统，通过合理的设计权重和边的连接，把多重多通道的毛细管电泳STR引物设计转换为求解带点权重的最大团(MVWCP)问题，设计的引物检出率高，且非特异极少。少。少。

【技术实现步骤摘要】
一种基于最大点权重团的CE平台多重多通道STR引物的设计方法和系统


[0001]本申请涉及生信分析
，具体涉及一种基于最大点权重团的CE平台多重多通道STR引物的设计方法及系统。
技术背景
[0002]短串联重复序列(short tandem repeat)，也称做微卫星DNA(micrositellite DNA)，是由2
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6个碱基作为核心串联合成的DNA序列，STR具有变异率高，多态性，易检测等特点，因此广泛的应用与法医相关的检测。
[0003]从1985年开始，STR就已经被应用到法医领域。检测的方法通常是通过毛细管电泳配合荧光标记来达到较高的通量。不同的STR位点被设计成有不同产物长度或者不同的荧光标记，这样就可以区分不同的STR位点。然而跟美国的情形略有不同的是，中国国内的人口基数大，因此需要设计更多的位点来进行个体区分，另一方面，在实际的案件侦破中，经常出现“异系同型”的问题，即不同的家系中的男性会有相同的Y
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STR分型。这两个方面都促使STR的panel变得越来越大。目前主流的panel都包含有几十个位点。然而，毛细管电泳的通量有限，一方面这是来自于长度的限制，虽然毛细管电泳能够检测到长度为1000bp的片段，但是只有在0
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500bp的长度内荧光强度和产物浓度具有线性关系。另一方面，目前成熟的6色荧光技术在扩展到8色荧光的时候，经常出现荧光渗漏的现象，这会导致其它的通道内出现杂峰从而影响对最终分型结果的判断。因此需要在有限的通道和长度内尽可能的设计更多的STR位点。
[0004]STR引物设计有一些天然的难题，例如，个别STR位点的两侧会有大的重复区域，TPOX的右侧就有一个大的重复区域，这导致它的右侧只有很少一段的区域可以设计引物。Y
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STR由于染色体长度短，而且STR密度大，好多STR位点都高度同源，设计起来难度就更大。例如，DYS389II包含了两个重复区域，两个重复区域间隔48bp，其中DYS389I是指第一个重复区域，而DYS389II则包含两个重复区域，也即DYS389I完全的包含在DYS389II内部，如果要在CE平台上区分这两个点，他们的左侧引物必须相同，而右侧引物只能设计在这48个bp里面。而且，STR引物设计要尽可能的避开SNP的位置，因为覆盖SNP的引物会导致无法扩增或者扩增效率降低，从而进一步导致分型错误。而STR附近天然的富集indel和SNP，例如D13S317在两个侧翼就包含了3个高频SNP位点，这也导致了一些试剂盒在实际应用中出现问题。除此之外，STR引物设计还要考虑多重、多通道、二聚体、非特异等因素。
[0005]针对以上的问题，本申请提出了一种自动设计毛细管电泳多重多通道引物的算法逻辑。通过合理的设计权重和边的连接，把多重多通道的毛细管电泳STR引物设计转换为求解带点权重的最大团问题。鉴于此，提出本申请。

技术实现思路

[0006]本申请要解决的核心技术问题是寻求一种基于最大点权重团的CE平台多重多通
道STR引物的设计方法和系统。
[0007]为解决上述技术问题，本申请建立了多重、多通道引物设计和最大权重团算法之间的联系。因为要考虑不同的位点之间扩增子长度的兼容性，这里的每一个顶点代表了一对引物而不是单个引物；又为了实现多通道的设计，这里把引物对进行了复制，其中的每一个拷贝代表一个通道。通过合理的设计权重和边的连接，把多重多通道的毛细管电泳STR引物设计转换为求解带点权重的最大团问题。
[0008]具体的，本申请提出如下技术方案：
[0009]本申请首先提供一种基于最大点权重团的CE平台多重、多通道STR引物的设计方法，所述方法包括：
[0010]1)获取初始引物集，针对每一个STR位点获得所有可能引物：
[0011]2)引物初筛过滤，针对得到初始引物集，对于每个STR位点，根据正反向引物集遍历所有的正反引物对组合，对于每个引物对，根据GC含量、二级结构、二聚体和/或Tm值进行引物对初筛过滤；
[0012]3)引物特异性检查，对非特异性引物进行删除或标记；
[0013]4)构建引物对间兼容性关系，建立引物对设计和MVWCP之间关系：
[0014]a、确定任意引物对之间是否兼容，制备候选引物对；
[0015]b、对于每个STR位点的每个候选引物对，将扩增子长度、Tm值、GC含量、引物长度信息分别赋权重；
[0016]c、对于每个STR位点的每个候选引物对，复制N份，所述N为CE荧光通道数，每份添加对应荧光颜色信息；汇总所有STR位点包含荧光颜色信息的引物对组成多重、多通道引物对候选集，把每个引物对作为一个顶点Vertex，并按规则连接成边；
[0017]基于上述权重以及顶点和边关系，建立引物对设计和MVWCP之间关系；
[0018]5)选取最优引物对，针对步骤4)的引物对设计和MVWCP之间关系，基于MVWCP相关算法获取引物最优组合。
[0019]进一步的，所述步骤1)中，所述获得为：
[0020]根据每个STR位点位置信息，分别在其上下游500bp序列中，以19
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33bp为滑动窗口，以1
‑
5个碱基为单位滑动，得到STR位点的正反向引物集合。
[0021]进一步的，所述步骤2)中，所述初筛条件包括如下任一或多个：
[0022]a、引物GC含量为20％
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80％；
[0023]b、引物范围内不包含人群中MAF>1％的SNP；
[0024]c、引物之间不形成二聚体；
[0025]d、单条引物不形成二级结构；
[0026]e、引物Tm值范围54
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60℃，任意两引物间温度最大差异为2℃；
[0027]f、引物对扩增长度小于panel规定的大小。
[0028]进一步的，所述步骤3)中，所述特异性检查包括如下任一或多个：
[0029]a、位点内部引物的特异性检查：若位点1中某对引物能够非特异扩增，则删除位点1中的此对引物；
[0030]b、位点间引物的特异性检查：若位点1中的某引物与位点2中的某引物能够非特异扩增，不删除该2个引物，将其分别标记；
[0031]进一步优选的，所述非特异扩增的扩增片段<1000bp。
[0032]进一步的，所述步骤4)中，所述兼容包括如下任一或多个：
[0033]a、引物之间不能形成二聚体；
[0034]b、引物之间Tm差异不超过2℃；
[0035]c、引物之间长度差异不超过5bp；
[0036]d、引物之间不产生非特异性扩增。
[0037]进一步的，所述步骤4)中，所述权重优先级为：扩增子长度权重>引物TM权重>GC含量权重>引物长度权重；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于最大点权重团的CE平台多重、多通道STR引物的设计方法，其特征在于，所述方法包括：1)获取初始引物集，针对每一个STR位点获得所有可能引物：2)引物初筛过滤，针对得到初始引物集，对于每个STR位点，根据正反向引物集遍历所有的正反引物对组合，对于每个引物对，根据GC含量、二级结构、二聚体和/或Tm值进行引物对初筛过滤；3)引物特异性检查，对非特异性引物进行删除或标记；4)构建引物对间兼容性关系，建立引物设计和最大点权重团MVWCP之间的关系：a、确定任意引物对之间是否兼容，制备候选引物对；b、对于每个STR位点的每个候选引物对，将扩增子长度、Tm值、GC含量、引物长度信息分别赋权重；c、对于每个STR位点的每个候选引物对复制N份，所述N为CE荧光通道数；每份添加对应荧光颜色信息；汇总所有STR位点包含荧光颜色信息的引物对，组成多重多通道引物对候选集，把每个引物对作为一个顶点Vertex，并按规则连接成边；基于权重、顶点和边的关系，建立引物设计和MVWCP之间关系；5)选取最优引物对，基于MVWCP相关算法，获取引物最优组合。2.根据权利要求1所述的引物设计方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述获得为：根据每个STR位点位置信息，分别在其上下游500bp序列中，以19
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33bp为滑动窗口，以1
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5个碱基为单位滑动，得到STR位点的正反向引物集合。3.根据权利要求1所述的引物设计方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述初筛条件包括如下任一或多个：a、引物GC含量为20％
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80％；b、引物范围内不包含人群中MAF>1％的SNP；c、引物之间不形成二聚体；d、单条引物不形成二级结构；e、引物Tm值范围54
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60℃，任意两引物间温度最大差异为2℃。4.根据权利要求1所述的引物设计方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述特异性检查包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梦，郭茂平，徐朝阳，吕换男，黄舒，张奇，胡欢，陈初光，
申请(专利权)人：北京阅微基因技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：