一种用于跨物种个体识别方法及个体识别分析系统

文档序号:1916782 发布日期:2021-12-03 浏览:18次 >En<

阅读说明:本技术 一种用于跨物种个体识别方法及个体识别分析系统 (Cross-species individual identification method and individual identification analysis system ) 是由 李梦瑶 赵梓丞 贺小兰 姜鑫然 陈银 王轶男 于 2021-09-17 设计创作,主要内容包括:本发明属于遗传学测定技术领域,尤其为一种用于跨物种个体识别方法及个体识别分析系统,包括以下步骤:步骤一、获取STR基因座组;101)、将包括人、猪、牛、马、山羊、狗、猫、绵羊、兔子、牦牛在内的十种常见物种的全基因序列中存在核心基因序列取出;本发明创造技术相比于现有技术方案最重要的优点就是相较于现有单一物种的个体识别和亲缘鉴定实现了对常见的十种物种种类跨物种鉴别,使他们共用一种STR位点,极大地简化了单一物种各自维护一个对应的DNA分析系统的相关工作,对应多个物种只需共用一个DNA分析系统即可,利用本发明提供的STR基因座集与个体识别算法可以实现以上十种物种的个体识别和亲缘鉴定。(The invention belongs to the technical field of genetic determination, and particularly relates to a cross-species individual identification method and an individual identification analysis system, which comprise the following steps: step one, obtaining an STR (short tandem repeat) gene seat group; 101) taking out core gene sequences existing in the whole gene sequences of ten common species including human, pig, cattle, horse, goat, dog, cat, sheep, rabbit and yak; compared with the existing single species individual identification and relative identification, the most important advantage of the invention is that the cross-species identification of the ten species is realized, so that the species share one STR locus, the related work of maintaining one corresponding DNA analysis system for each species is greatly simplified, only one DNA analysis system is needed for sharing a plurality of species, and the individual identification and relative identification of the ten species can be realized by utilizing the STR locus set and the individual identification algorithm provided by the invention.)

一种用于跨物种个体识别方法及个体识别分析系统

技术领域

本发明属于遗传学测定技术领域,具体涉及一种用于跨物种个体识别方法及个体识别分析系统。

背景技术

基因在生物学上是指携带有遗传信息的DNA或RNA序列,也可说基因是具有遗传效应的DNA和RNA片段即遗传因子。基因是控制生物性状基本的遗传单位,通过指导蛋白质的合成来表达自己所携带的遗传信息,控制生物个体的性状表现。基因检测就是利用血液、其他体液、组织、细胞等生物样本,对DNA进行检测的技术。基因检测可用于诊断遗传性疾病、遗传咨询分析、遗传病家族成员发生遗传病的概率、确定致病基因的携带者和产前诊断,也可用于某些疾病如肿瘤的风险的预测,基因检测还可用于亲子鉴定和发育学鉴定。基因检测是精准医疗的重要手段。目前常用的基因检测方法有:一代和二代DNA测序、多重连接探针扩增、荧光定量PCR、基因芯片、荧光原位杂交等检测技术。

目前存在的亲缘鉴定或个体识别技术均为针对单一物种进行独立的鉴定工作例如针对人、狗、大熊猫等物种实现的单一物种鉴别,在检测时需要为每个单一物种鉴别需要使用个相应的分析系统及分析工作,但是为每一个物种维护一个对应的DNA分析系统的相关工作即昂贵又费时费力。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种用于跨物种个体识别方法及个体识别分析系统,包括一套统一的STR位点集包括人、猪、牛、马、山羊、狗、猫、绵羊、兔子、牦牛在内的十种常见物种,实现了跨物种鉴别,依靠本发明给出的STR位点与个体识别算法,可实现对上述十种物种进行跨物种的个体识别与亲缘鉴定。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种用于跨物种个体识别方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1:获取STR基因座组;

S2:获取物种DNA;

S3:获取DNA识别结果。

本发明进一步设置为:在所述S1中,获取STR基因座组,包括以下步骤:

S101:将包括人、猪、牛、马、山羊、狗、猫、绵羊、兔子、牦牛在内的十种常见物种的全基因序列中存在核心基因序列取出;

S102:将取出的核心基因序列,存储在存储设备中,获得STR基因座组。

本发明进一步设置为:在所述S2中,获取物种DNA,包括以下步骤:

S201:将物种血液放置在反应试管中;

S202:在反应试管中倒入细胞裂解液裂解细胞;

S203:在反应试管中放入磁性硅胶颗粒吸附从裂解细胞中游离出来的DNA分子;

S204:取出颗粒;

S205:使用纯水洗脱吸附的DNA分子。

本发明进一步设置为:在所述S3中,获取DNA识别结果,包括以下步骤:

S301:将获取的DNA分子放置在个体识别分析系统中;

S302:使用个体识别系统通过STR基因座组获得DNA识别结果。

本发明进一步设置为:根据S2的操作步骤中,在反应管中细胞裂解时,使用玻璃棒进行缓慢均匀的搅拌工作,且搅拌时间为10min。

本发明进一步设置为:根据S2的操作步骤中,在冲洗DNA分子时,使用70%乙醇倒入磁性硅胶所在的反应管中,同时在室温下震摇10min,通过离心晃动分离磁性硅胶表面的清液,取出磁性硅胶,反复两次清理后,加入纯水,涡旋混匀,持续10min分离出DNA分子。

一种个体识别分析系统,包括:

数据获取模块,所述数据获取模块用于获取DNA分子;

分子结构生成模块,所述分子结构生成模块通过使用相应设备获取DNA分子结构数据;

特征提取模块,所述特征提取模块用于提取分子结构生成模块生成的分子结构数据中核心分子数据,所述特征提取模块与分子结构生成模块电性连接;

测序模块,所述测序模块用于分析特征提取模块发送的数据片段,并获取DNA的方向与结构,同时对突变进行定位,所述测序模块与特征提取模块电性连接。

本发明进一步设置为:还包括:

对比模块,所述对比模块根据接收测序模块发送的信息与STR基因座组中的数据进行对应检索对比工作,获得分析结果,所述对比模块与测序模块电性连接;

输出模块,所述输出模块用于展示对比模块传输的分析结果,所述输出模块与对比模块电性连接;

信息数据库,所述信息数据库用于存放STR基因座组数据,所述信息数据库与对比模块电性连接;

数据更新模块,所述数据更新模块用于更新信息数据库中的STR基因座组数据,所述数据更新模块与信息数据库电性连接。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

1.本发明创造技术相比于现有技术方案最重要的优点就是相较于现有单一物种的个体识别和亲缘鉴定实现了对常见的十种物种种类跨物种鉴别,使他们共用一种STR位点,极大地简化了单一物种各自维护一个对应的DNA分析系统的相关工作,对应多个物种只需共用一个DNA分析系统即可,利用本发明提供的STR基因座集与个体识别算法可以实现以上十种物种的个体识别和亲缘鉴定。

2.将样品放置在数据获取模块上,同时使用分子结构生成模块,对数据获取模块上的DNA样品进行DNA分子结构数据记性识别,并生成数据信息,通过特征提取模块减少DNA分子结构数据的大小,降低系统识别负担的同时,提高识别效率,之后使用测序模块根据DNA分子核心结构数据进行演算,查找规律,得出DNA的方向与结构,通过对突变位置进行定位记录,并将记录的特征发送至对比模块,检索信息数据库中记录的STR基因座组信息,并根据STR基因座组信息得出最终检测结果,识别出物种DNA的STR位点,通过对比一只动物前后对应的STR位点是否相同来进行个体识别,最后将个体识别结果发送至输出模块进行显示工作,整体使用上利用STR基因座集可以实现对上述十种物种的个体识别和亲缘鉴定,对于这些STR位点通过应用个体识别算法具有高个体识别能力。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:

图1为本发明的识别方法流程图;

图2为本发明中个体识别分析系统的系统图。

图中:1、数据获取模块;2、分子结构生成模块;3、特征提取模块;4、测序模块;5、对比模块;6、输出模块;7、信息数据库;8、数据更新模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

请参阅图1,本发明提供以下技术方案:一种用于跨物种个体识别方法,包括以下步骤:

步骤一、获取STR基因座组;

101)、将包括人、猪、牛、马、山羊、狗、猫、绵羊、兔子、牦牛在内的十种常见物种的全基因序列中存在核心基因序列取出;

102)、将取出的核心基因序列,存储在存储设备中,获得STR基因座组;

步骤二、获取物种DNA;

201)、将物种血液放置在反应试管中;

202)、在反应试管中倒入细胞裂解液裂解细胞,在反应管中细胞裂解时,使用玻璃棒进行缓慢均匀的搅拌工作,且搅拌时间为10min;

203)、在反应试管中放入磁性硅胶颗粒吸附从裂解细胞中游离出来的DNA分子;

204)、取出颗粒;

205)、使用纯水洗脱吸附的DNA分子,在冲洗DNA分子时,使用70%乙醇倒入磁性硅胶所在的反应管中,同时在室温下震摇10min,通过离心晃动分离磁性硅胶表面的清液,取出磁性硅胶,反复两次清理后,加入纯水,涡旋混匀,持续10min分离出DNA分子;

步骤三、获取DNA识别结果;

301)、将获取的DNA分子放置在个体识别分析系统中;

302)、使用个体识别系统通过STR基因座组获得DNA识别结果。

本发明,通过将多种物种全基因序列中获取核心基因序列数据存放在存储设备中,可以减少基因序列数据占用的空间,同时将多种基因序列共同存放,实现了多物种统一STR分析,通过使用同一个分析系统,达到了降低分析结果所消耗的成本;

在获取STR基因座组时,采用特殊参考体系,因为本发明所提出的STR位点集包括十个不同的物种,每个物种的染色体不同,故为解决此问题,创建一特殊参考体系,具体实现方法如下。首先,我们将原始测序数据与人类基因组的参考比对,通过lobSTR工作流程处理数据,并从相关物种的重叠基因组区域中获得STR基因座候选集。我们排除了性染色体上的基因座和单核苷酸重复,因为这些在实际情况中是不适用的。使用lobsTR.检索到的基因座,我们估计了每个基因座的等位基因频率,并使用这些频率来计算PD、PM、PE、HE以及最大基因型频率。然后我们应用方程中指定的阈值(分别对每个物种的不同位点有如下要求PD≥δd、PM≤δm、PE≥δe、HE≥δh;(δd=0.6,δm=0.4,δe=0.3,δh=0.5)在PD、PM、PE、HE和callrate上过滤STR基因座。此为特殊参考体系的实现过程,由此参考体系可得到一组独有数据库,作为十种物种的标准参考系,基干此数据库中的基因位点可得到所对应的基因位点,实现跨物种染色体基因位点的统一;

在获取物种DNA时,通过使用细胞裂解液对裂解细胞,配合使用磁性硅胶颗粒对样品中的DNA分子进行提取,避免在提取时,使用多个反应管,从而提高了DNA分子样品提取的完整性,整体操作过程更加简单,最后进行DNA样品对比工作时时,使用相关的个体识别系统可以避免了使用多种不同的识别系统,整体使用上,相较于现有单一物种的个体识别和亲缘鉴定实现了对常见的十种物种种类跨物种鉴别,使他们共用一种STR位点,极大地简化了单一物种各自维护一个对应的DNA分析系统的相关工作,对应多个物种只需共用一个DNA分析系统即可,同时,对于本发明进行了大量实验,实验结果表明,对于单个物种和混合种群,统一的基因座集具有较高的综合区分能力,>1-10^-9,以及所有涉及物种的随机匹配概率,<10^-7,表明已识别的STR基因座集可以应用于多个物种。在行业内,一般如下法医学参数达到下列阈值要求的STR位点即可作为法医学鉴定依据,包括:HE(杂合度)>=0.6,PD(个体识别能力)>=0.6,PIC(多态性基因座使用价值)>=0.5,CPD(累积个体识别能力)>=0.99999。对应本发明所提供的STR位点,实验结果表明本发明对应的STR位点的CPD,PD,CPI均符合相关标准,利用本发明提供的STR基因座集与个体识别算法可以实现以上十种动物的个体识别和亲缘鉴定。

根据图2所示,一种个体识别分析系统,其特征在于,包括:

数据获取模块1,数据获取模块1用于获取DNA分子;

分子结构生成模块2,分子结构生成模块2通过使用相应设备获取DNA分子结构数据;

特征提取模块3,特征提取模块3用于提取分子结构生成模块2生成的分子结构数据中核心分子数据,特征提取模块3与分子结构生成模块2电性连接;

测序模块4,测序模块4用于分析特征提取模块3发送的数据片段,并获取DNA的方向与结构,同时对突变进行定位,测序模块4与特征提取模块3电性连接。

本发明进一步设置为,一种个体识别分析系统,还包括:

对比模块5,对比模块5根据接收测序模块4发送的信息与STR基因座组中的数据进行对应检索对比工作,获得分析结果,对比模块5与测序模块4电性连接;

输出模块6,输出模块6用于展示对比模块5传输的分析结果,输出模块6与对比模块5电性连接;

信息数据库7,信息数据库7用于存放STR基因座组数据,信息数据库7与对比模块5电性连接;

数据更新模块8,数据更新模块8用于更新信息数据库7中的STR基因座组数据,数据更新模块8与信息数据库7电性连接。

本发明在工作时,将样品放置在数据获取模块1上,同时使用分子结构生成模块2,对数据获取模块1上的DNA样品进行DNA分子结构数据记性识别,并生成数据信息,同时发送至特征提取模块3,特征提取模块3将DNA分子结构数据中的核心结构数据进行提取工作,减少DNA分子结构数据的大小,降低系统识别负担的同时,可以提高识别效率,之后将DNA分子核心结构数据发送至测序模块4,测序模块4根据DNA分子核心结构数据进行演算,查找规律,得出DNA的方向与结构,通过对突变位置进行定位记录,并将记录的特征发送至对比模块5,对比模块5根据收的特征信息,检索信息数据库7中记录的STR基因座组信息,并根据STR基因座组信息得出最终检测结果,识别出物种DNA的STR位点,通过对比一只动物前后对应的STR位点是否相同来进行个体识别,最后将个体识别结果发送至输出模块6进行显示工作,整体使用上利用STR基因座集可以实现对上述十种物种的个体识别和亲缘鉴定,对于这些STR位点通过应用个体识别算法具有高个体识别能力,当需要对STR基因座集数据进行修改时,可以使用数据更新模块8,对信息数据库7中的数据进行修改,提高系统的扩展使用效果。

最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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