纳米孔DNA测序:我们在哪了?(英文)

纳米孔DNA测序技术是一类重要的DNA测序技术,可以实现长链DNA序的快速读取.一个DNA分子可以以毫秒每碱基,甚至更快的速度通过纳米孔,从而有可能实现在1 h以内完成人类全基因组测序.与下一代DNA测序技术(next generation DNA sequencing,NGS)相比较,纳米孔DNA测序技术可以实现单分子测序,无需使用酶进行样品扩增.纳米孔DNA测序技术是后NGS时代极具潜力的DNA测序技术.本文将介绍纳米孔DNA测序技术的研究现状,并讨论在这个快速发展的领域当中面临的挑战和机遇.     

高通量测序技术的发展及其在临床检测中的应用

如今的高通量测序技术已经历不同代次的更迭,性能和技术日趋成熟与稳定,在临床样本的病原体鉴定、肿瘤检测、疾病诊断、遗传病检测等领域为精准医疗提供了一个高效的分析检测工具.通过对DNA或RNA序列的测定与拼接,能够发掘更多与疾病、肿瘤、微生物相关的基因组学信息,迅速把握病情的原因以及与患者临床特征相关的感染情况,对于疾病的快速精准诊断、治疗效果与预后情况的预测都有十分重要的帮助.本文对测序技术的发展、不同高通量测序技术平台的特点及其在临床中的应用进行综述.     

基于扩展相位相关方法的滑动指纹序列拼接

针对由滑动指纹采集仪获取的指纹图像序列的特点,提出了一种具有较高精确度的滑动指纹序列拼接算法.该算法利用扩展相位相关方法来估测相邻两帧指纹图像之间的平移量,并进行指纹序列的无缝拼接.实验结果表明,该算法具有运行速度快、对随机噪声的抗干扰能力强和拼接精确度高的特点.     

图像拼接技术综述

图像拼接技术是图像处理技术中的研究热点.对图像拼接技术进行分析与总结,基于图像拼接技术的发展历史与现状,介绍了图像拼接技术的背景与应用;概括了图像拼接的基本概念与拼接流程,主要研究了图像拼接中的图像配准技术,对图像配准中的经典算法进行分类概述,并研究了各算法的基本思想与优缺点,对其中的尺度不变特征变换算法进行了重点介绍,概述了图像融合的基本类别,详细介绍了图像融合中最常用的加权平均法,最后指出了图像拼接中的当前问题与发展趋势.     

一种碱基精度的肿瘤基因组单体型异质性识别算法

针对肿瘤组织的异质性的子克隆解析,提出了一种通过多级子克隆的体细胞突变模式来识别单体型异质性的算法。该算法基于肿瘤组织的多文库测序数据提取文库特征和双末端读段约束,通过对体细胞突变位点的等位基因变异频率进行聚类估算出子克隆数目的一个先验;同时设计了一种拼接识别算法,通过遍历位点对应的读段来拼接单体型序列,拼接出的单体型序列的精度为碱基水平;采用后验概率的最大似然估计解出子克隆的个数、配比及演化关系。仿真实验表明,当基础文库满足一定测序覆盖度时,该算法对单体型异质性的识别精度可达到99%以上,能够取代目前数据分析中常用的两步法,且获得高精确的识别结果。     

分形技术及小波变换在全景图像中的应用

介绍了全景图生成过程,并对图像拼接的关键和难点技术进行了总结.在此基础上提出了一种新的全景图生成算法,该算法首先利用分形技术对图像进行匹配,然后用基于小波分解系数的渐入渐出的融合方法来进行平滑无缝拼接,最后生成全景图.实验结果表明,该算法具有较好的稳定性,能较好地消除拼接痕迹,获得了理想的图像拼接效果.     

原核DNA甲基化的表观调控作用的研究进展

自从2009年第三代DNA测序技术平台商业化以来，测序、绘制原核DNA甲基化组飞速发展，10余年来已完成甲基化组测序的细菌超过4 000种，极大推动了原核表观遗传学的研究.越来越多的研究表明，DNA甲基化修饰不仅仅局限于宿主的防御功能，而且广泛参与各种细胞过程及基因的表达调控，在染色体的复制起始、细胞周期、致病性、抗生素抗性等方面起到了重要的作用.在简要回顾原核DNA甲基转移酶及其甲基化修饰的相关研究的基础上，着重对近期原核甲基化修饰的调控作用的研究进展进行综述，以期推动原核甲基化修饰表观遗传的研究.     

RAD-seq技术在鱼类基因组学中的研究进展

限制性酶切位点相关DNA测序(restriction-site associated DNA sequencing,RAD-seq)是在二代测序技术上发展起来的简化基因组测序技术,该技术操作简单、实验成本低、并且简化了基因组的复杂度.鱼类是脊椎动物中物种数最多的类群,由于生活环境的不同,造就了丰富的物种多样性,常作为基因组学的研究对象.目前,在鱼类基因组学研究中,RAD-seq技术广泛应用于鱼类的系统发育、物种分化、遗传图谱、群体遗传和适应性进化等方面的研究.研究主要基于RAD-seq技术在鱼类基因组学中的研究进展进行综述,以期为鱼类资源的保护和合理利用提供参考依据.     

一种可变长子片段对拼接的DNA双序列局部比对算法

提出一种基于可变长子片段对拼接的DNA双序列局部比对算法.该算法以最长的子片段对为中心,拼接相邻的相容子片段对来得到最优局部比对,并允许用户输入比对调控因子适当调整比对结果以提高算法的灵活性.实验结果表明算法在时间和空间复杂性方面都得到了较大的改善.     

基于边缘扩展相位相关的图像拼接算法

针对图像拼接算法中计算量大的问题,提出了一种基于边缘扩展相位相关的图像拼接算法。该算法采用迭代阈值分割法对图像进行边缘检测,并对检测出的边缘进行扩展相位相关计算,得出图像间的平移、旋转和尺度变化。利用这些参数拼接图像,用渐进渐出的方法实现拼接图像的融合。实验证明,该算法能够简化计算,并有效地实现图像的拼接。     

DNA宏条形码技术在动植物法医鉴定中的应用进展

DNA宏条形码技术是随着2代高通量测序技术的发展而出现的一种物种鉴别技术。该技术结合了DNA条形码技术和高通量测序技术的优点,可以对混合样本中的多物种来源进行同步鉴定。本研究介绍DNA宏条形码技术的含义以及目前的应用需求,分析DNA宏条形码技术在食品、药品监管、打击野生动植物犯罪、刑事案件侦查等司法实践中的应用现状,总结和讨论DNA宏条形码技术应用于动植物法医鉴定领域所面临的问题与挑战,对该技术的发展及应用前景进行展望。目前DNA宏条形码技术已被应用于生命科学的多个领域,但在动植物法医鉴定中的应用仍在起步阶段,虽然现在还面临着许多挑战,但随着测序技术与生物技术的发展,DNA宏条形码技术一定会在动植物法医鉴定领域实现常规化应用,为野生动植物相关犯罪活动的打击、食品药品安全性与合法性的监管提供技术支持。     

基因与基因组的精细合成原理和技术研究报告

合成生物学无论是对于理解生命的本质还是对发展改造生命的技术手段都具有非常重要的作用。在聚合酶拼接法(PCA)技术发明之后,随着大量设计引物和DNA测序的高效率和低成本,特别是大片段DNA的拼接、克隆等多项技术的建立和发展,使得从头合成大片段DNA甚至的微生物基因组成为现实。然而,作为一个新兴的领域,合成生物学仍面临着诸多的问题,无论是基础理论还是工程技术方面都还有待进一步的发展和完善。该课题重点发展"自下而上"的使能技术,包括DNA高通量、高保真合成和大片段DNA高效拼接。此外,亦进行染色体的改造来为天然产物的高效表达发展优化的底盘细胞。     

基于ASIFT的低空遥感影像拼接技术

对ASIFT算法原理进行了深入的分析,并在此基础上提出了基于ASIFT的低空遥感影像拼接的新算法.新算法首先利用ASIFT提取图像对应的特征点,通过最小二乘法计算仿射变换矩阵,最后根据仿射矩阵实现图像的变换与拼接.实验结果表明,由于ASIFT算法具有仿射不变性,相比SIFT算法更加符合低空遥感影像的特点,能很好地解决平移、旋转、仿射变换情况下的图像拼接问题.     

基于关键特征点提取的图像快速配准方法

常用图像配准拼接算法中,计算复杂度会随运算数据量的增加而急剧增长,基于该特点提出了一种快速的图像配准方法.通过提取关键特征点并进行匹配实现计算数据量的降低,从而加速了图像配准.首先检测待拼接图像中的特征点及特征信息冗余区域,并根据特征点的数量调整冗余区域的大小;去除位于特征冗余区域内的特征点;使用归一化互相关及随机抽样一致性算法对剩余的关键特征点进行粗细两步匹配,求出拼接参数完成图像配准,实现图像拼接.实验结果表明,提出的方法实现了图像配准拼接,并且与改进前相比显著提高了运算速度,以lena图为例,运行时间仅为改进前的30.47%.     

碎纸片自动拼接复原

为了提高碎纸片的拼接效率和保护信息安全,提出一种碎纸片拼接复原算法,主要由墨迹特征提取和图像匹配两个过程构成.针对英文文档碎纸片,本文提出一种基于文字基线、改进的遗传算法(GA)及光学字符识别技术(OCR)的自动化拼接算法.该算法先根据同行字母的下基线基本相近的准则进行分行归类;并将分类后同一类碎纸片拼接问题转化为旅行商问题,采用改进的遗传算法及光学字符识别技术进行求解;最后根据下基线的位置采用贪婪算法为辅助,实现组行成页.此外,本文结合中文文字的特征,将算法进行修改,得到自动拼接中文文档碎纸片的算法.根据以上算法编写MATLAB程序对横纵切的中英文碎纸片进行拼接试验,结果表明,无需进行人工干预,能够实现全自动拼接.     

标本组学——树木学研究的新方法

树木学是一门不断发展、高度综合的学科。系统发生是树木学的基础,研究材料和序列数据一直是限制系统发生重建的重要因素。新技术的发展和应用通过拓展材料利用、改进和提升系统发生树的分辨率而将树木学的研究推向新的高度。标本馆不仅是树木物种凭证标本的保存地,保存了物种的形态、地理分布、生态、物候等信息,而且是重要的材料库。标本材料因制作和保存过程中高温和氧化导致基因组DNA降解和破碎化,一代测序技术由于技术限制而无法充分利用馆藏标本开展生命之树重建研究。新兴的标本组学是近年来基于二代测序技术发展起来的获取标本材料中基因组DNA的技术,这种技术通过对短片段测序和生物信息学方法拼接获得基因组DNA序列,因此可以充分利用馆藏标本材料,结合浅层测序和靶序列捕获能获得包括nrITS、叶绿体基因组、线粒体基因组以及单拷贝核基因等序列,从而满足系统发生重建的需要,且有着经济、省时、高效、准确的优势。新兴标本组学的应用将加速生命之树重建、DNA条形码、物种保护和资源可持续利用等方面的研究。     

基于SIFT变换的彩色全景图拼接算法研究

为了解决传统的彩色全景图拼接算法在特征点匹配过程中匹配时间较长且匹配失误率过高的问题,优化整体的彩色全景图拼接算法,提出了基于SIFT变换的彩色全景图拼接算法.构建SIFT算法的基本流程,通过创建空间尺度确定极值点的空间位置和梯度方向,以便进行SIFT特征点匹配.研究基于SIFT变换算法的全景图像拼接技术,设计全景图像拼接技术的基本流程,在获取全景图像之后进行预处理,利用SIFT变换算法进行图像配准和图像融合.经实验验证,通过匹配失误次数、匹配度以及匹配时间的数据对比所提算法与基于ORB算法的全景图像拼接技术的优劣,确定基于SIFT变换的彩色全景图拼接算法更具备优越性.     

基于局部边缘密度和局部熵的图像拼接算法

针对传统图像拼接算法中存在的缺点,采用了基于局部边缘密度和局部熵的图像拼接算法.该算法综合考虑了图像拼接的精度和速度,在特征区域的提取上,采用了模糊聚类算法和局部边缘密度LED算法,实现了特征区域的自动选取;在匹配搜索上,采用了图像的局部熵和序贯相似性检测算法(SSDA),提高了图像拼接的速度和精度;在图像融合上,采用了动态最佳缝合线算法,保证了全景图像的质量.实验表明该算法有效的提高了全景图像生成的效率和准确性.     

Paenibacillus Shenyangensis的DNA序列拼接与组装

在已有测序数据基础上,利用三种常见的序列组装软件对Paenibacillus Shenyangensis全基因组测序结果进行拼接组装,分析比较了不同软件在各自最优参数条件下DNA序列的组装数据,并与NCBI数据库中类芽孢杆菌属其他近缘种进行基因比对与预测.结果表明,SOAPdenovo的组装结果最优,在k-mer为23时,组装基因组总长和N50分别为5 501 467和293 864 bp,预测的4 800个基因中有4 393个与NCBI-Nr数据库比对并注释成功.     

一种用于AOI的PCB拼接算法

针对自动光学检测技术(AOI)在PCB板检测中存在的图像拼接严重错位、系统响应速度慢、拼接精度差等问题,对PCB图像拼接算法进行了改进研究.首先,提出整行缩小以及以行图像为配准图像的方式进行图像拼接;其次,在传统PCB图像拼接算法上引入surf配准,采用图像金字塔尺度空间的方法,确定拼接图像间的对应特征点,选取最近邻次近邻的配准方式进行特征匹配.实验结果表明:提出的拼接算法,生成图像的数据量相对较少、速度较快,误差不会累积传递,消除了错位偏差,并解决了因光照不均而造成拼接缝隙的问题,大大提高了拼接的精度和速度,为AOI系统后续准确识别PCB板缺陷打下了良好的基础.