一种基因编辑点突变方案自动设计方法及系统技术方案

本申请涉及基因编辑的技术领域，尤其是涉及一种基因编辑点突变方案自动设计方法及系统，其方法包括步骤A：根据定位方法确定突变类型和突变位点；步骤B：判断突变位点是否适用Base Editing方法进行点突变基因编辑，若是，则执行步骤C：根据突变类型设计Base Editing方案，进行gRNA序列的筛选；若否，则执行步骤D：根据突变类型设计基于CRISPR和Cas9的RNP方案，进行gRNA序列的筛选、oligo序列选择和突变位点引入；步骤E：对突变位点前后500bp各范围内的基因序列进行序列复杂性分析和GC含量计算，并保存分析结果；步骤F：根据分析结果生成和输出gRNA打靶区域示意图和方案报告。本发明专利技术能自动设计基因编辑方案的方法，实现基因上的点突变基因编辑，提高效率及准确性。提高效率及准确性。提高效率及准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基因编辑点突变方案自动设计方法及系统


[0001]本专利技术涉及基因编辑的
，特别是一种基因编辑点突变方案自动设计方法及系统。

技术介绍

[0002]在现有技术中，CRISPR/Cas9通过设计特异性向导RNA识别靶序列引导Cas9核酸内切酶对靶序列的PAM上游进行切割，使靶位点DNA双链断裂；DNA双链断裂后，利用细胞的非同源末端连接(NHEJ)或同源重组(HDR)的方式对切割位点进行修复，实现DNA水平的基因敲除、敲入或点突变。CRISPR/Cas9以其操作简单、成本低且编辑效率等优势，成为生命科学领域最炙手可热的技术之一，已经广泛应用于诸多模式生物的基因编辑相关功能研究中，如哺乳动物(大鼠、小鼠、猪、兔、猴等)、斑马鱼、干细胞、肿瘤细胞系及细菌真菌等。
[0003]基于CRISPR/Cas9的点突变基因编辑方案的设计看似不难，但对于基因编辑初学者来说，需要几天时间，效果不一定理想；对于有基因编辑经验的研究者，也可能因为信息来源不全面及人的知识有限，较难获取最优的解决方案。因此，人工设计方案繁杂费时，现如今研究出一种自动设计基因编辑方案的计算机智能方法成为亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对上述缺陷，本专利技术的目的在于提出一种基因编辑点突变方案自动设计方法及系统，能够综合分析目标突变位点附近的序列和gRNA，自动设计基因编辑方案的方法，实现基因上的点突变基因编辑，提高了选择方案的效率及准确性。
[0005]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种基因编辑点突变方案自动设计方法，包括以下步骤：
[0007]步骤A：根据定位方法确定突变类型和突变位点，其中定位方法包括Amino Acid方法、SNP方法、Chromosomal Location方法和Nucleotide Sequence方法；
[0008]步骤B：判断突变位点是否适用Base Editing方法进行点突变基因编辑，若判断为是，则执行步骤C，若判断为否，则执行步骤D；
[0009]步骤C：根据突变类型设计Base Editing方案，进行gRNA序列的筛选，其中gRNA序列需包含突变位点；
[0010]步骤D：根据突变类型设计基于CRISPR和Cas9的RNP方案，进行gRNA序列的筛选、oligo序列选择和突变位点引入，其中gRNA序列需包含突变位点；
[0011]步骤E：对突变位点前后各500bp范围内的基因序列进行序列复杂性分析和GC含量计算，并保存分析结果；
[0012]步骤F：根据分析结果生成和输出gRNA打靶区域示意图和方案报告。
[0013]优选的，在步骤A中，所述Amino Acid方法包括以下步骤：选择物种，输入基因，查询NCBI数据库和Ensembl数据库并获取该基因的转录本、基因序列和编码序列数据；选取其中一个转录本和其中一种突变类型，并输入相关参数得到最终的突变位点；
[0014]所述SNP方法包括以下步骤：输入SNP位点编号，查询NCBI数据库获取该位点所在基因的数据、该位点在染色体上的位置以及该SNP位点的等位碱基，通过基因和SNP位点在染色体上的位置计算出该SNP位点在该基因上的位置；选取其中一种等位碱基，根据原序列的碱基和等位碱基自动计算出突变类型；
[0015]所述Chromosomal Location方法包括以下步骤：选择物种和基因组版本，选择染色体号，查询自定义数据库获取该染色体的基因序列；选择其中一种突变类型，输入参数“起始位置”和“结束位置”，查询Ensembl数据库以获取该位置段对应的碱基和包含这个位置段的基因，计算得出该突变位置段在基因上的位置；
[0016]所述Nucleotide Sequence方法包括以下步骤：选择物种，输入基因，查询NCBI数据库和Ensembl数据库并获取该基因的转录本、基因序列和编码序列数据；选取其中一个转录本，输入参数“野生型序列”和“突变后序列”，根据两段序列的差异和野生型序列，在基因上的位置自动计算得出突变类型和突变位点。
[0017]优选的，在所述Amino Acid方法中，选取其中一种突变类型，并输入相关参数得到最终的突变位点，分别对应以下步骤：
[0018]当选择突变类型为“突变”时：输入参数“氨基酸序号”和“突变后的氨基酸”，根据氨基酸序号反推计算得出该突变位点位于基因上的准确位置；
[0019]当选择突变类型为“删除”时：输入参数“起始位置”和“结束位置”，根据这两个位置就能从编码序列上获取到要删除的序列，再根据基因上编码区域的分布位置计算得出删除的序列片段在基因上的准确位置；
[0020]当选择突变类型为“插入”时：输入参数“起始位置”和“插入的序列”，根据基因上编码区域的分布位置计算得出在基因上插入序列的位置；
[0021]当选择突变类型为“删除+插入”时：输入参数“起始位置”、“结束位置”和“插入的序列”，根据起始位置和结束位置从编码序列上获取到要删除的序列片段，以及计算出删除的序列片段在基因上的准确位置。
[0022]优选的，所述步骤C：判断突变位点是否适用Base Editing方法进行点突变基因编辑，包括判断条件，所述判断条件为：单个碱基突变，且该碱基是由C变成T或G变成A。
[0023]优选的，所述步骤D：根据突变类型设计基于CRISPR和Cas9的RNP方案，进行gRNA的筛选、oligo序列选择和突变位点引入，具体包括以下步骤：
[0024]步骤D1：根据突变类型筛选gRNA序列，并对筛选得出的gRNA进行等级划分；
[0025]步骤D2：选出gRNA序列中特异性分数最高的gRNA1和gRNA2；
[0026]步骤D3：分别为gRNA1和gRNA2设计Oligo序列；
[0027]步骤D4：在Oligo序列中引入突变位点。
[0028]优选的，所述步骤D1：根据突变类型筛选gRNA序列，并对筛选得出的gRNA进行等级划分；其中，突变类型包括“突变、插入、删除、删除+插入”四种类型，针对不同的突变类型具有对应的操作步骤；
[0029]当突变类型为“突变”时，具体包括以下步骤：
[0030]步骤a1：在突变位点上下游各50bp范围内筛选出所有gRNA序列，并通过CRISPOR在线软件获取它们的特异性得分、脱靶情况和切割得分等信息；
[0031]步骤a2：根据gRNA的特异性分数、切割分数、脱靶情况、GC含量等条件筛选出特异
性分数大于80、切割效率大于0.5、无脱靶、GC含量在40％
‑
60％之间的gRNA；
[0032]步骤a3：根据突变位点和gRNA切割位点的距离对gRNA进行等级划分：
[0033]A：N≤5，B：5<N≤10，C：10<N≤23，D：N>23(A为最高级)；
[0034]步骤a4：按照等级由高到低先本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基因编辑点突变方案自动设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A：根据定位方法确定突变类型和突变位点，其中定位方法包括Amino Acid方法、SNP方法、Chromosomal Location方法和Nucleotide Sequence方法；步骤B：判断突变位点是否适用Base Editing方法进行点突变基因编辑，若判断为是，则执行步骤C，若判断为否，则执行步骤D；步骤C：根据突变类型设计Base Editing方案，进行gRNA序列的筛选，其中gRNA序列需包含突变位点；步骤D：根据突变类型设计基于CRISPR和Cas9的RNP方案，进行gRNA序列的筛选、oligo序列选择和突变位点引入，其中gRNA序列需包含突变位点；步骤E：对突变位点前后各500bp范围内的基因序列进行序列复杂性分析和GC含量计算，并保存分析结果；步骤F：根据分析结果生成和输出gRNA打靶区域示意图和方案报告。2.根据权利要求1所述的一种基因编辑点突变方案自动设计方法，其特征在于：在步骤A中，所述Amino Acid方法包括以下步骤：选择物种，输入基因，查询NCBI数据库和Ensembl数据库并获取该基因的转录本、基因序列和编码序列数据；选取其中一个转录本和其中一种突变类型，并输入相关参数得到最终的突变位点；所述SNP方法包括以下步骤：输入SNP位点编号，查询NCBI数据库获取该位点所在基因的数据、该位点在染色体上的位置以及该SNP位点的等位碱基，通过基因和SNP位点在染色体上的位置计算出该SNP位点在该基因上的位置；选取其中一种等位碱基，根据原序列的碱基和等位碱基自动计算出突变类型；所述Chromosomal Location方法包括以下步骤：选择物种和基因组版本，选择染色体号，查询自定义数据库获取该染色体的基因序列；选择其中一种突变类型，输入参数“起始位置”和“结束位置”，查询Ensembl数据库以获取该位置段对应的碱基和包含这个位置段的基因，计算得出该突变位置段在基因上的位置；所述Nucleotide Sequence方法包括以下步骤：选择物种，输入基因，查询NCBI数据库和Ensembl数据库并获取该基因的转录本、基因序列和编码序列数据；选取其中一个转录本，输入参数“野生型序列”和“突变后序列”，根据两段序列的差异和野生型序列，在基因上的位置自动计算得出突变类型和突变位点。3.根据权利要求2所述的一种基因编辑点突变方案自动设计方法，其特征在于：在所述Amino Acid方法中，选取其中一种突变类型，并输入相关参数得到最终的突变位点，分别对应以下步骤：当选择突变类型为“突变”时：输入参数“氨基酸序号”和“突变后的氨基酸”，根据氨基酸序号反推计算得出该突变位点位于基因上的准确位置；当选择突变类型为“删除”时：输入参数“起始位置”和“结束位置”，根据这两个位置就能从编码序列上获取到要删除的序列，再根据基因上编码区域的分布位置计算得出删除的序列片段在基因上的准确位置；当选择突变类型为“插入”时：输入参数“起始位置”和“插入的序列”，根据基因上编码区域的分布位置计算得出在基因上插入序列的位置；当选择突变类型为“删除+插入”时：输入参数“起始位置”、“结束位置”和“插入的序
列”，根据起始位置和结束位置从编码序列上获取到要删除的序列片段，以及计算出删除的序列片段在基因上的准确位置。4.根据权利要求1所述的一种基因编辑点突变方案自动设计方法，其特征在于：所述步骤C：判断突变位点是否适用Base Editing方法进行点突变基因编辑，包括判断条件，所述判断条件为：单个碱基突变，且该碱基是由C变成T或G变成A。5.根据权利要求1所述的一种基因编辑点突变方案自动设计方法，其特征在于：所述步骤D：根据突变类型设计基于CRISPR和Cas9的RNP方案，进行gRNA的筛选、oligo序列选择和突变位点引入，具体包括以下步骤：步骤D1：根据突变类型筛选gRNA序列，并对筛选得出的gRNA进行等级划分；步骤D2：选出gRNA序列中特异性分数最高的gRNA1和gRNA2；步骤D3：分别为gRNA1和gRNA2设计Oligo序列；步骤D4：在Oligo序列中引入突变位点。6.根据权利要求5所述的一种基因编辑点突变方案自动设计方法，其特征在于：所述步骤D1：根据突变类型筛选gRNA序列，并对筛选得出的gRNA进行等级划分；其中，突变类型包括“突变、插入、删除、删除+插入”四种类型，针对不同的突变类型具有对应的操作步骤；当突变类型为“突变”时，具体包括以下步骤：步骤a1：在突变位点上下游各50bp范围内筛选出所有gRNA序列，并通过CRISPOR在线软件获取它们的特异性得分、脱...

【专利技术属性】
技术研发人员：万翠荣，林剑锋，郑虹，
申请(专利权)人：广州源井生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：