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超分辨率显微镜

基因组学研究

SMLM可视化染色体的三维组织,连接到功能

用Vutara VXL三维成像基因组

染色体的三维结构在染色体功能和基因表达中起着关键作用。染色体在区域的基础上表现出结构上的差异,包括染色体内部和染色体之间。理解这些结构上的差异将有助于理解正常和病理状态下的染色体功能。理解染色体组织的传统方法,染色体构象捕获分析,是能够从数百万细胞中提供基因组平均结构的整体测序技术。虽然这提供了一般细胞内DNA组织的一个很好的概述,但由于数据收集的集合性质,它缺乏细胞上下文。在亚染色体水平上可视化基因组组织和结构对于理解基因和它们的环境之间的关系是必要的。

19号染色体父系同源物的14个探针。由哈佛大学Guy Nir和Wu Ting提供

OligoSTORM和OligoDNA-PAINT

基于使用OligoSTORM (b . j .贝力弗et al ., 2017和g Nir et al ., 2018),吴Ting哈佛大学的实验室,与力量合作,开发了一种成像和可视化方法在特定的染色体区域的DNA序列在超分辨率级别使用Vutara VXL (查看网络研讨会)。特殊设计的寡核苷酸与染色体序列杂交。通过用二级寡核苷酸序列标记样品,然后用定位显微镜成像,可以生成标记区域结构的三维图像。

参考文献

Beliveau B.J等人。基因组DNA的OligoSTORM和OligoDNA-PAINT原位超分辨率成像。(2017)超分辨率显微镜。分子生物学方法,1663卷。doi: 10.1007 / 978 - 1 - 4939 - 7265 - 4 - _19。

Nir G.等。行走染色体与超分辨率成像,接触地图,和整合建模。(2018) PLoS Genet 14(12): e1007872。https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1007872

在拓扑相关域内的19号染色体隔室。由哈佛大学Guy Nir和Wu Ting提供

虎鲸成像

除了超分辨率的基因组成像工作流程外,Vutara平台具有SRX软件完全能够进行ORCA(染色质结构光学重建)实验,从采集到分析。虎鲸,起源于斯坦福大学Alistair Boettiger的实验室,是一种广泛的基因组成像技术,用于观察小的基因组区域或单个基因的探针步长小(2-10 kb)。虽然衍射受限,但与OligoSTORM相比,由于探针步长更小,该方法提供了较高的序列分辨率;与单分子定位数据相比,由于更快速地获取宽视场图像,该方法允许更高的吞吐量研究(L. J. Mateo等人,2019)。

使Vutara VXL成为理想基因组成像平台的关键特性:

  • 采用专利双平面技术进行三维定位——每个图像平面包含1 μm厚的切片
  • Z系列扩展了轴向范围——扫描整个细胞核,细胞内成像深度可达30µm
  • 多个核的多位置捕获
ORCA数据显示SRX自动切断识别单轮成像的基因组信号。轮连接形成ORCA流线。
SRX中ORCA流线的三维可视化。
根据ORCA数据在SRX中生成的接触频率图。

综合可视化与分析

SRX软件提供了一套完整的数据过滤和统计分析工具,用于执行各种各样的分析。聚类算法如DBScan、OPTICS和Delaunay分析可用于识别基因组数据的聚类。在确定了星团之后,可以进一步计算出星团中的粒子、体积、球度比、粒子密度和旋转半径等指标。

SRX软件亦配备了分析工作流程,以自动分割ORCA数据集的图像和重建。这包括生成距离和接触频率图,类似于通过集成染色体构象捕获技术获得的Hi-C图。

SRX集群分析接口。

综合应用流体学

通过超分辨率或宽视野成像基因组需要标记大量的探针,远远超过现有的光谱不同的探针。因此,这些方法在很大程度上依赖于顺序标记策略。完整的集成应用流体学与Vutara和SRX可用于所有顺序标签的需要。

SRX软件经过了优化,以满足这种苛刻的应用程序的要求。一个关键步骤是实施微流体控制,以便进行顺序标记步骤。SRX微流体控制模块允许用户创建包含无限数量缓冲液和试剂的流体序列,每个流体步骤以及每个实验的无限数量的步骤。SRX在每个步骤中为本地化分配用户定义的颜色,在可视化和分析过程中,将合并整个数据集。无数的步骤可以被可视化和分析。

SRX流体控制接口。