摘要：随着人类基因组计划和一些生物全基因组序列测定的完成,微阵列技术飞速发展,基因芯片以其高通量、微型化和自动化等优点成为医学基因诊断的重要工具。芯片探针的设计和筛选是制备高质量基因芯片关键步骤之一。随着生物信息学技术与方法研究的不断深入,为探针的设计提供了有效的途径,目前,已有不少针对DNA的探针设计软件被开发出来,显示出各自的优势和局限性。肽核酸(PNA)作为DNA的类似物,已在芯片领域显示出其重要性,但现在还没有专门针对PNA的探针设计软件。本论文根据PNA分子与核酸分子的物化性质的差异,结合参考传统核酸探针筛选的三个基本标准：特异性、敏感性和熔点(Tm),提出了一种设计PNA芯片探针的方法,主要内容如下。
论文着重探索了探针的特异性选择部分,使用后缀数组与MAFFT (multiple sequence alignment based on fast Fourier transform)方法相结合,检测并覆盖靶标的串联重复部分。本文还根据PNA探针的特性制定了探针筛选标准,包括用专门的PNA探针解链温度公式来进行计算Tm值,采用限制连续的嘌呤个数来克服PNA探针的自身聚集现象,等等方法。在此基础上,获得合格的芯片探针集。
以Microsoft Visual Studio2010为开发平台,C#为开发语言,结合上述的算法,得到一个界面友好的PNA芯片探针设计系统,用户可以依据设计需要调整探针设计参数,可以在窗口中查看筛选结果,还可以将结果文件保存下来,进行查看和分析。模拟实验以人类FRDA基因的启动子和外显子为靶标,利用该程序获得一组有效的探针,并通过手动方法对部分所获探针进行逐条分析,验证了该程序的可靠性。
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