原位基因测序分析数据可视化方法的开发与应用研究

作     者：邵慧 

作者单位：华侨大学 

学位级别：硕士

导师姓名：柯荣秦;骆启聪

授予年度：2022年

学科分类：0711[理学-系统科学] 07[理学] 

主      题：原位测序 数据可视化 造血干细胞 骨髓微环境 细胞分型 

摘      要：空间转录组指的是一个组织样本在空间位置上的全部转录组数据信息,其能够提供特定条件下的基因表达图谱。目前空间转录组技术主要包括基于原位捕获并测序的空间转录组学技术和基于成像的空间转录组学技术两大类。可以认为基于成像的空间转录组学技术在本质上就是多重RNA原位杂交技术,通过不同的颜色或者其编码实现对不同种类的RNA同时进行原位检测。原位测序技术是一种基于成像的靶向空间转录组学技术。通过对不同基因的RNA或者其编码探针的扩增产物进行测序,可以实现在细胞或者组织中对不同基因直接进行空间基因表达分析。原位测序图像解码是原位测序的关键步骤,其主要目的是将每一轮成像的图像信息转化成数据信息。将解码得到的基因空间表达矩阵与对应组织图像导入基于R开发的平台进行基因空间表达可视化展示。原位测序获得空间基因表达数据后还可以进一步分析,本课题利用坐标信息对数据进行空间相关性分析生成相关性热图,发现空间上的共定位基因后与原位基因测序图像中进行相互佐证;根据相关性分析结果选取目的基因,进行数据聚类分析与降维分析,生成基因表达异质性的可视化分析图像;将数据可视化展示与数据可视化分析结合,可以进一步探索内在基因调控网络与微环境之间的相互作用。本论文以原位测序分析造血干细胞相关基因为模型,开展原位测序数据分析与可视化的研究。本课题选取小鼠骨髓切片作为研究样本,进行原位测序实验,将实验条件进行优化后,对原位测序结果图像进行原位基因测序解码,将解码后的结果进行细胞与基因空间位置表达展示,并进一步进行数据可视化分析,得到相关性图像与降维聚类分析图像,研究骨髓微环境的异质性,并构建小鼠骨髓基因关系网络。基于此,我们将实验与算法相结合,建立了一套完整的从实验技术到数据处理的原位测序分析流程。