基于新一代测序技术的若干信息处理方法及其在dna指纹检测中的应用

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1、f㈣必东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：压i塾之日期：竺竺：2‘，多东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相

2、一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。一虢桃乞⋯名：脚穆⋯雕伽矿摘要新一代DNA测序技术经过近十年的发展，以其高通量、快速和低成本等特点，已经成为研究和认识生命的一项重要手段，并正在改变生物学和遗传学的研究模式，让我们可以在更深的层次探索、研究和理解生命。但是，尽管新一代DNA测序技术己经得到了极大的发展，它依然存在着测序长度较短、效率较低和精度可待提升等不足。研究中我们发现，通过改变测序方案中的信息组合方式可以很好地改善这些不足，为此我们通过设计测序过程中的信息组合方

3、式，提出了一种双碱基组合荧光延伸的测序方案，并利用这一方案，创新地设计了基于高通量DNA测序的STR分型方法。本论文围绕这一新的测序技术，完成了如下的一些探索性工作：1．双碱基组合荧光延伸测序方法结合现有的新一代DNA测序的基本原理，提出了一种基于延伸测序的双碱基组合荧光测序的方法。新方法根据碱基的不同两两组合方式，在两个荧光通道下对模版序列进行三轮不同的编码测序，最终根据不同轮次序列信息中的编码结果推导出模版序列。运用Matlab软件，对双碱基组合荧光延伸测序方法进行了模拟。模拟了测序实验中用不同的荧光组合对模版链编码的过程，实现了对一条任意给定序列的模拟编码和解码，并且

4、改进了解码算法。模拟研究证明，任意两组双荧光核苷酸组合的编码序列即可以反推出原始序列。最后，对整个测序方法建立了相应的数学模型，并分析了它的系统误差。2．基于新一代测序的STR分型方法分析了DNA指纹技术中经典的STR分型技术的检测原理，基于第二代DNA延伸测序技术，提出了新的可对大量STR样本进行并行分型和测序的新方法。通过对STR检测的模式进行了调整，从测序文库制备、延伸测序检测和图像数据分析等三个环节，提出了具体的实现方案和操作步骤。根据新STR检测原理，我们设计了一个通过模板逐次变性的方法，对自行设计合成的专用核苷酸单体试剂dCTP-diol-NH2进行了延伸的检测

5、实验，评价了该碱基的延伸效率和特异性。由于变性的效率以及延伸非同步性的问题，所得到的荧光信号质量还不能满足STR延伸检测的要求，需要对实验设计和试剂进行进一步的改进。在实验过程中，我们发现了模板序列中的一个双碱基突变位点。3．基于新一代高通量测序的荧光成像自动曝光方法的优化在新一代DNA测序仪中，需要对数万幅高分辨率荧光图像进行快速、高灵敏度地检测，这就需要仪器能够实现快速曝光的自动化。在测序过程中往往存在一些荧光杂质，会影响自动曝光结果，从而严重降低测序的质量和精度。我们分析了杂质成像特征以及普通光学曝光算法的特点，提出了一种基于新一代高通量测序的荧光图像自动曝光算法。该

6、方法通过分析杂质的成像特点，从频域和空间域上对测序原始图像中的杂质像去东南大学硕士学位论文噪，再提取和分析与曝光对象密切相关的磁珠像的灰度信息，计算出曝光特征值。通过上述方法分析一组从暗到亮的曝光反馈图像的特征值，最终找出合适的自动曝光时间。关键词：新一代测序；组合荧光延伸测序STR分型技术；测序图像处理；自动曝光AbstractAfternearly10yearsofdevelopment，thenewgenerationDNAsequencingtechnology谢t11highthroughput，rapid，lowcostandothercharacteristi

7、cs，hasbecomeanimportantmeansofresearchingandunderstandinglife，anditalsochangedtheresearchmodeofbiologyandgenetics，thuswecanexplore，researchandunderstandlifeatadeeperlevel．However，despiteofthegreatdevelopmentofthenewgenerationDNAsequencingtechnology,itstillexis