【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種收斂式dna自組裝索引體系的構建方法及應用，尤其涉及利用dna納米技術對結構進行設計，構建精確可控的功能納米數據存儲檢索基元體系，并應用于信息等領域，屬于dna納米。
技術介紹
1、近年，基于dna作為數字信息存儲介質方面取得了重大進展。研究者通過將數字信息編碼成dna序列來進行存儲，需要通過對dna序列進行測序讀取并還原為數字信息。但dna從頭合成的成本昂貴以及測序時間較長限制了dna信息存儲的進一步發展。與此同時，利用dna納米技術輔助信息展示已經發展為了納米領域與信息存儲交叉領域的熱點。
2、經過四十多年發展的dna納米技術，允許人們利用堿基互補配對的特質，使精確設計的數百至數千條dna鏈自組裝成所需的二維或三維結構。通過精細設計這些dna鏈的序列，可使合成以自動化的方式完成，最終實現對其所需組裝的精細控制，從而獲得納米級形狀和圖案的構建。而這些dna組裝納米結構經過精準修飾和功能化，可以在生物、醫學、材料、化學等領域發揮廣泛的應用。
3、隨著基于dna的信息存儲技術的不斷發展，dna為載體的信息快速歸類與檢出的需求日益增加，因此需要開發低成本高效率的信息索引體系。通過dna納米技術構建特征結構并指征相應數據類型或數據庫，是構建索引系統的有效方式。而特定結構的dna自組裝體還可直接通過超分辨熒光顯微鏡，快速掃描原子力顯微鏡以及高分辨電子顯微鏡等方法進行大批量快速讀取，實現直觀與便捷地指征數據。并且根據存儲結構的設計和物理屬性，可以實行多種類型的表征，比較不同讀出方法的結果可以識別每
4、dna納米結構的組裝主要有兩種方式：包括基于小型組裝模塊(瓦片)的瓦片式組裝，以及基于長鏈環ssdna模板的折紙術組裝，兩類組裝方式各有優缺點。首先，近十幾年長足發展的dna折紙術雖然可以精準設計構建任意形貌的一維至三維結構，但是其結構相對固定，難于實現系統性結構變化，如果成體系的進行結構設計與改造，其成本將隨著索引數目的需求不斷上升。相反的，瓦片式組裝所涉及的dna數目較少，僅需要最少兩條，最多十余條dna即可構建一個瓦片模塊，進而利用瓦片本身攜帶的粘性末端和結構特性進行更大結構的生長，成本極低。然而，傳統的dna瓦片結構所組裝的結構大多為周期性的無限延伸的dna納米至微米結構，若以有限、特異性的結構組裝為目的，就需要對dna瓦片進行多種不同的設計及修飾，提高了復雜性降低了效率。因此，將兩類dna自組裝方式的長處相結合，利用單一的折紙結構作為基序以限制成本，利用基序上的索引信息指導一種瓦片分子進行收斂式有限組裝，形成唯一結構，從而構建一種可視化的索引體系，具有極大的創新性和實用性。這類基于同種dna瓦片結構基元在dna折紙基序上實現動態組裝，完成二進制信息存儲與展示的方法未見報道。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是：為了簡便快捷地獲得一系列彼此可分辨的，基于二進制數據的dna自組裝結構，提供一種以dna納米折紙結構作為二進制數字基序，以dna瓦片結構作為組裝基元，利用折紙基序上粘性末端組的存在狀況的不同，通過添加上下兩個方向上粘性末端組經特定編輯的dna瓦片結構，使得瓦片結構在含有信息的折紙基序上進行收斂式組裝，最終構建一種收斂式dna自組裝索引體系。
2、為了實現上述目的，本專利技術采取了以下技術方案：
3、第一方面，本申請提供一種收斂式dna自組裝索引體系，采用如下的技術方案：
4、一種收斂式dna自組裝索引體系，包括dna折紙基序結構和dna瓦片結構，所述dna折紙基序結構具有多個可編程位點，每個所述可編程位點均可指征二進制狀態，所述dna瓦片結構基于所述可編程位點的二進制信息在所述dna折紙基序結構上進行收斂式組裝。
5、dna折紙基序結構上可編程位點的數量記為n(n為正整數)，則所述收斂式dna自組裝索引體系能夠存儲最多2n種二進制信息數據。
6、進一步地，收斂式dna自組裝索引體系包括以工程化m13噬菌體基因組(p7560，7560nt)序列為構建基礎構建的dna折紙基序結構，在所述dna折紙基序結構上定義12個可編程位點，通過在每個可編程位點(dna短鏈)設計一組粘性末端來表征二進制信息(0或1)，粘性末端的種類包括a、b、c、d，可編程位點的粘性末端包括以下幾種可能的情況：
7、①同時帶有粘性末端a、b、c、d；
8、②僅帶有粘性末端a、b、c、d中的任意一種；
9、③僅帶有粘性末端a、b、c、d中的任意兩種；
10、④僅帶有粘性末端a、b、c、d中的任意三種；
11、⑤均不帶有粘性末端a、b、c、d；
12、其中，當可編程位點的粘性末端為①時，所代表的信息為“1”；當dna折紙基序的上端處的dna短鏈的粘性末端為②、③、④、⑤時，所代表的信息為“0”。
13、更進一步的，當可編程位點同時帶有粘性末端a、b、c、d時，粘性末端存在順序為a,b,c,d。
14、進一步地，收斂式dna自組裝索引體系還包括帶有粘性末端的dna瓦片結構，所述dna瓦片結構上端的粘性末端存在順序為d,c,b,a；dna瓦片結構下端的粘性末端存在順序為a’,b’,c’,d’，且a’,b’,c’,d’與a,b,c,d互補配對。
15、進一步地，所述收斂式組裝過程為：由于含有信息“1”的dna折紙基序上存在粘性末端為a,b,c,d，可與dna瓦片結構下端的粘性末端a’,b’,c’,d’互補配對，因此dna瓦片結構能在dna折紙基序上生長，又因為dna瓦片結構上端的粘性末端存在順序為d,c,b,a，無法與結構下端的粘性末端互補配對，但當dna折紙基序上含有兩個及以上連續出現的信息“1”時，相鄰的兩個dna瓦片結構生長在dna折紙基序上，構成了一組存在順序為a,b,c,d的粘性末端，因此第三個瓦片可在這兩個相鄰瓦片上生長，這樣的生長方式呈現收斂式，不會出現瓦片無限生長的情況。
16、第二方面，本申請提供一種上述第一方面所述的收斂式dna自組裝索引體系的構建方法，采用如下的技術方案：
17、一種收斂式dna自組裝索引體系的構建方法，包括以下步驟：
18、(一)dna折紙基序結構的構建
19、步驟1-1：設計dna折紙基序結構，該步驟可利用2d/3d圖像呈現所述結構示意圖，然后運用dna納米結構專業設計軟件cadnano、對dna?基序進行設計；輸入p7560單鏈核酸序列作為構建基礎，借助軟件生成訂書釘鏈序列導出，進行序列合成；
20、步驟1-2：在步驟1-1的基礎上進一步構建dna折紙基序結構的變體，合成含有不同信息(不同粘性末端存在狀態)的折紙基序，折紙基序的信息是通過在dna折紙基序的上端處的dna短鏈設計不同粘性末端來表征；
21、進一步地，步驟1-2中，在dna折紙基序的上端處的d本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種收斂式DNA自組裝索引體系，其特征在于，包括DNA折紙基序結構和DNA瓦片結構，所述DNA折紙基序結構具有多個可編程位點，每個所述可編程位點均可指征二進制狀態，所述DNA瓦片結構基于所述可編程位點的二進制信息在所述DNA折紙基序結構上進行收斂式組裝。
2.權利要求1所述的收斂式DNA自組裝索引體系的構建方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的構建方法，其特征在于，步驟1-3中，在DNA折紙基序的上端處的DNA短鏈設計不同粘性末端，粘性末端的種類包括a、b、c、d，DNA短鏈的粘性末端包括以下幾種可能的情況：
4.根據權利要求3所述的構建方法，其特征在于，DNA折紙基序上存在12處可設計粘性末端的DNA短鏈。
5.根據權利要求3所述的構建方法，其特征在于，當DNA折紙基序的上端處的DNA短鏈同時帶有粘性末端a、b、c、d時，粘性末端存在順序為a,b,c,d。
6.根據權利要求5所述的構建方法，其特征在于，步驟2-1中，定義DNA瓦片結構上端的粘性末端存在順序為d,c,b,a；DNA瓦片結構下端的粘
7.根據權利要求2所述的構建方法，其特征在于，還包括在DNA折紙基序結構表面建立熒光修飾位點的步驟。
8.根據權利要求7所述的構建方法，其特征在于，在DNA折紙基序結構表面建立4組可修飾位點，每組修飾位點含有3條在DNA折紙基序上延伸出的接枝鏈，且4組可修飾位點形成“L”形圖案。
9.權利要求1所述的收斂式DNA自組裝索引體系及權利要求2-8任一項所述的構建方法在DNA信息存儲與索引展示、DNA計算中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種收斂式dna自組裝索引體系，其特征在于，包括dna折紙基序結構和dna瓦片結構，所述dna折紙基序結構具有多個可編程位點，每個所述可編程位點均可指征二進制狀態，所述dna瓦片結構基于所述可編程位點的二進制信息在所述dna折紙基序結構上進行收斂式組裝。
2.權利要求1所述的收斂式dna自組裝索引體系的構建方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的構建方法，其特征在于，步驟1-3中，在dna折紙基序的上端處的dna短鏈設計不同粘性末端，粘性末端的種類包括a、b、c、d，dna短鏈的粘性末端包括以下幾種可能的情況：
4.根據權利要求3所述的構建方法，其特征在于，dna折紙基序上存在12處可設計粘性末端的dna短鏈。
5.根據權利要求3所述的構建方法，其特征在于，當dna折紙基序的上端處的dna...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊洋，葛妮，王圣文，
申請(專利權)人：上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院，
類型：發明
國別省市：
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