烟草cDNA文库序列分析和管理系统软件的开发（图）

摘　要　通常在构建烟草cDNA文库的过程中，往往需要处理大量DNA序列的测序结果，并且根据结果进行相关的序列分析和管理。开发相应的管理分析软件，直接读取相应的测序报告文件，将结果储存于数据库当中，并且使用相应的工具进行剪切分析。该软件通过对序列的直接管理和辅助分析，提高了整个实验过程的效率。

　　关键词　烟草　cDNA文库　生物信息　核酸序列数据库

　　本研究受云南省烟草公司科技开发项目[03A01]资助。

　　通过使用抑制性扣减杂交技术（Suppressor Subtractive hybridization，SSH）得到构建了包括云烟85在内的抑制性差减杂交文库。将得到的cDNA片断序列进行测序后，需要对序列本身进行分析，包括剪切、分析和比对。本软件的设计旨在对得到的cDNA文库中的若干序列进行管理，并且进行相应的辅助分析。

　　1　序列分析和管理系统的需求分析

　　1.1　系统的设计目的

　　主要是对建立的cDNA文库本身的序列在计算机内进行方便的管理，并且能够对每条序列进行辅助分析。

　　1.2　本系统主要实现的基本功能：

　　1.2.1　cDNA文库组的管理

　　主要是包括cDNA序列的分类管理。通过对数据库内的DNA序列按照不同的实验进行分组，本系统可以储存和管理不同实验下构建的cDNA文库，并且可以存储相关试验的信息，以便查阅和参考。对于文库组管理的主要功能是可以添加修改组的名称和内容。

　　1.2.2　cDNA序列的管理功能

　　对于cDNA序列的管理主要包括对于数据库中的序列和相应的信息进行添加、编辑、删除和查询。

　　在添加功能上，既可以人工输入相应的序列，又可以直接从测序文件中直接读取序列数据，而且具有批量读取序列的功能。通过对编辑功能的实验可以修改序列本身已经相应的信息。通过删除功能可以去除不必要的序列。通过各种条件可以查询到相关的序列。

　　1.2.3　序列的分析功能

　　在对序列进行分析过的过程主要实现以下几个方面的功能：

　　（1）根据相应的引物自动剪切序列：通过给出序列首尾连接的两条引物，可以定位引物之间所测的cDNA序列。并且可以由此判断该序列是引物的正链或是互补链。

　　（2）进行远程的blast。在对序列进行分析的时候，在NCBI进行blast是必要的，本系统将自动提交序列到远程的NCBI核酸数据库进行比对，并获得比对报告。

　　（3）关于相应ABI测序文件图谱的分析。通过对ABI文件的解析，获得相应的测序图像，根据图像进行分析，由此对所测序列进行分析。

　　1.2.4　其他功能

　　主要包括序列本身的辅助编辑功能，即包括直接的定位查找，显示出该条序列的大小，查看该序列的互补链，查找某段序列的位置，还有序列的导出功能，可以将相应所选的序列批量生成文本文件。

　　1.2.5　数据库的设计

　　数据库的设计主要包括实验组表和序列表和两个部分。其中实验组表主要存储有关同一组cDNA文库的相关信息，包括改组实验的名称、内容、相关人员等。序列表则是储存相应的DNA序列的信息，主要包括序列本身已经相关的分析结果，包括blast结果以及测序文件的内容。

　　2　序列分析和管理系统的开发原理

　　2.1　系统特点及开发环境

　　本系统主要采用的是微软公司的.NET技术构架。微软的.NET构架是新一代的计算机编程语言，采用.NET作为软件的开发环境，不仅可以使其能拓展强大的网络功能，而且在面向对象编程、数据库处理、多层应用程序开发等都提供了非常重要的特性，使得.NET成为拓展功能更为强大的语言，同时.NET的平台为软件的开发和部署提供了强大功能，包括程序设计语言和平台的无关性。因为.NET的这些特点，使得Visual Basic.NET成为本系统的主要开发语言。

　　以下就是本系统所采用的开发平台：

　　开发语言：Visual Basic.NET

　　数据库的连接：AOD.NET

　　数据库：access

　　2.2　ADO.NET访问数据库的原理

　　与数据库相连，ADO.NET提供了如下3种方式：通过ODBC相连；通过OLEDB相连；直接与数据库相连。3种方式由于应用层次的差异，使得效率由低到高，独立性由高到低。对于相连数据库的数据处理，也有2种方式，一种是通过DataSet来隔离异构的数据源，另一种是以流方式从数据源读取（DataReader方式）。传统的应用程序是通过先建立到数据库的连接，在程序的整个运行过程中维护连接的方式来设计的。ADO.NET的另一个创新是引入了数据集（Dataset）。一个数据集是内存中提供数据关系图的高速缓冲区。数据集对数据源一无所知，它们可以由程序或通过从数据仓库中调入数据而被生成、填充。不论数据从何处获取，数据集都是通过使用同样的程序模板而被操作的，并且它使用相同的潜在的数据缓冲区。

　　3　系统的具体功能设计

　　烟草基因序列数据库管理系统主要通过四个大的功能模块实现的，包括：实验组的管理模块、序列的管理模块、辅助编辑模块、辅助分析模块以及系统维护模块。
　　

表1　系统硬件要求

　　3.1　本系统的运行环境要求

　　本系统的硬件要求如表1所示：

　　操作系统：可在Windows2000、NT4.0、Me和Windows XP环境下运行。

　　环境要求：Microsoft　NET Framework

　　3.2　实验组的管理模块的实现

　　实验组模块包括添加、编辑、查询功能的实现。

　　3.2.1　实验组查询功能的实现

　　打开实验组的索引窗口，可以显示所有实验组的列表，已经当前列表中指针所指记录的详细信息。通过在模糊窗口中打入需要查询的内容，可以在数据库内进行全文搜索，在列表中显示出符合条件的记录。当指针选到某一条记录的时候，下面窗口的区域会自动显示出该条记录的详细信息。同时在通过左边的菜单可以实现相应的操作，包括对该实验组内的序列进行查询，为该实验组添加新的序列和删除相应的序列（如图1）。

　　图1

　　3.2.2　实验组的添加、编辑功能

　　对于实验组的内容是进行手工添加的，打开手工添加窗口后按照表单内容进行填写，点击确定按钮便可将内容保存到数据当中。

　　在实验组的列表中选择好记录，点击左边的命令菜单的删除按钮可以将该条实验组的内容删除。点击编辑命令或者直接双击所要选择的记录，打开编辑窗口，直接对实验组的内容进行编辑（如图2）。

　　3.3　序列管理模块的实现

　　与实验组管理模块一样，主要是实现对于DNA序列的查询和编辑功能。

　　3.3.1　序列的查询功能的实现

　　打开序列的查询窗口，可以显示所有数据库内保存的序列列表，而窗口的下面部分则是序列的详细内容，包括：序列的名称编号、原始序列、修改后的序列、ABI图像以及保存的blast结果。通过左边的命令条的查询命令可以按不同的条件查询相应的序列。包括模糊查询、按组查询、按照序列的长度查询等。

　　可以单独或者批量选择序列，并且对选择的序列进行相应的操作（如图3）。

　　3.3.2　编辑模块的实现

　　在序列列表中选定相应的序列后，可进行相应的操作，包括删除、编辑。点击编辑菜单或者双击之后，可进行相应的编辑。

　　关于序列的添加主要可以实现手工的逐条添加，或者从批量选定的测序报告中进行读取添加，并自动把测序文件的文件名作为序列编号，对序列进行识别。如果设定了前后引物，在进行添加的过程，本系统能够自动剪切获得引物间的序列。导入的文件有两种格式，一种是纯文本的序列文件或者是ABI测序报告文件（如图4）。

　　3.4　辅助编辑模块的实现

　　辅助编辑模块，主要包括核酸序列编辑器和ABI文件分析器两个功能的实现。

　　3.4.1　核酸序列编辑器的功能

　　核酸编辑器有两个文本编辑器，上面的文本编辑主要保存和现实最初的原始序列，而修改后的序列则显示和保存在下面的编辑框里。在核算序列编辑器中可以很方便的对DNA序列进行各种分析操作。主要包括几个方面的功能：

　　（1）从虚列文件中导人序列，在设定好引物的情况下，对原始序列进行剪切，并在下面的编辑框内实现剪切后的序列，每个序列框都能显示序列的长度。

　　（2）序列本身可以进行定位查找的分析，也可以按照一定格式显示序列的内容。

　　（3）可以随时查看任一文本框中序列的互补序列，并且将该序列保存到文件当中。

　　3.4.2　ABI文件分析器的功能实现

　　图2

　　图3

　　图4

　　图5

　　如图5所示，打开ABI测序文件后，测序文件的图像在右上部分。右下则是从测序文件中读出来序列。左边主要是图像上面指针运动的参数可查找序列的对话框，主要功能包括：

　　（1）可以查找某一段序列，并且进行定位，在设定好开始和末尾的位置可以从中间切下一段序列。

　　图6

　　（2）根据设定的引物进行剪切，并且可以在图像上对引物进行定位。

　　（3）可以导出序列文本和图像文件，存储为位图格式。

　　（4）可以打开和读取其他的ABI测序文件。

　　3.5　辅助分析模块

　　本系统的辅助分析模块主要可以将选定的序列提交到远程的NCBI进行blast，blast的结果可以按照文本或者html格式文件进行保存。在分析blast结果的过程中可以根 相关热词搜索： 管理系统 文库 序列 烟草 分析