寡核苷酸芯片探针设计的方法设计与在线应用系统构建

论文摘要

近年来,基因芯片技术受到科研人员的广泛重视,已被应用于生命科学研究的诸多领域。通常,基因芯片技术流程包括探针设计、芯片制备、样本标记、芯片杂交、信号检测和结果分析。作为基因芯片技术流程的最初步骤,探针设计的优劣直接影响到最终的实验结果。探针设计主要是根据探针的同一性、灵敏性和特异性的要求,制定多个标准筛选靶标的候选探针,使得被筛选出的探针能与靶标结合而与非靶标不发生结合,且整个芯片上的所有探针具有相似或相同的杂交性质,其中涉及到大量计算任务,生物信息学的技术与方法可以很好地应用到这个工作中来,有效地完成探针设计任务。基于基因芯片的种类包括寡核苷酸芯片和cDNA芯片,而且其靶标的类型可以是基因组DNA、基因、转录本或外显子,本论文首先提出了一种靶标类型特异的寡核苷酸芯片探针设计方法,使得不同类型的靶标其探针设计的具体过程有所不同。其次,根据探针的同一性、灵敏性、特异性要求,制定了一套完备的候选探针筛选标准。对于不能满足筛选标准的候选探针,设计了一个候选探针打分方法,应用此方法求得的距离分值可以量化该候选探针与筛选标准的距离。当某个靶标的所有候选探针都不能通过筛选标准时,仍然可以根据各个候选探针的距离分值选择出该靶标的最优探针。最后,为了方便研究人员使用此探针设计方法,本研究还开发了omniProbe在线寡核苷酸芯片探针设计系统。用户可以根据靶标类型的不同,通过相应的网络接口提交探针设计任务。当该任务完成后,系统会自动给用户发送邮件提示,用户还可以通过该邮件中的链接在线查看探针设计结果,并下载所有结果文件用于后续的分析与研究。总之,本论文提出的探针设计方法可以适用于不同类型靶标的寡核苷酸芯片探针设计要求,用户使用我们开发的在线应用系统omniProbe可以方便的完成他们的探针设计任务。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 生物信息学
• 1.2 基因芯片
• 1.2.1 基因芯片的概念
• 1.2.2 基因芯片的原理
• 1.2.3 基因芯片的分类
• 1.2.4 基因芯片的流程
• 1.2.5 基因芯片的应用
• 1.3 各章内容安排
• 第2章 寡核苷酸芯片探针设计方法
• 2.1 背景及现状
• 2.2 探针设计要求
• 2.2.1 探针的一致性要求
• 2.2.2 探针的灵敏性要求
• 2.2.3 探针的特异性要求
• 2.3 探针设计流程
• 2.3.1 靶标类型
• 2.3.2 候选探针的获取
• 2.3.3 候选探针的筛选
• 2.3.4 候选探针的打分
• 2.4 本章小结
• 第3章 寡核苷酸芯片探针设计系统
• 3.1 背景及现状
• 3.2 系统设计与实现
• 3.2.1 系统架构设计
• 3.2.2 用户接口设计
• 3.2.3 用户界面开发
• 3.2.4 探针设计程序
• 3.2.5 探针设计结果
• 3.3 应用实例
• 3.4 本章小结
• 第4章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果