人类基因工程的一个重要目标是发展自动化、高速的DNA测序技术。目前主要采用四色荧光标记的毛细管电泳DNA测序。由于环境噪声、染料激发光谱重叠、电泳展宽效应、染料迁移率漂移等因素的影响,造成DNA图谱的信噪比和分辨率下降,不利于碱基排序,需要对原始图谱做必要的处理。本论文主要研究了DNA图谱处理的算法,并设计了相应的软件。软件主要功能包括DNA图谱的预处理、四色校正、后处理三个部分。 首先,软件对DNA图谱做预处理。预处理包括数据段选取、基线调整、噪声滤除、峰值识别四个模块:数据段选取删除前段冗余数据;基线调整使得四色荧光信号的基线高度一致;噪声滤除去除信号中的脉冲噪声和白噪声;峰值识别选取峰值数据,作为求解串扰矩阵的数据。 其次,软件对DNA图谱做四色校正。四色校正是DNA图谱处理中的重要部分,它解决四种特定波长的荧光亮度到四种荧光团浓度的转换问题。用于标记DNA片段的四种染料的发射光谱有部分重叠,导致四色荧光串扰,需要对原始DNA图谱做四色校正。四色校正关键在于串扰矩阵的求解,主要有峰值法、斜率法、四维空间聚类法。软件实现了斜率法和四色空间聚类法求解串扰矩阵,通过对DNA图谱做矩阵转换,消除了四色荧光串扰。 最后,软件对DNA图谱做后处理。后处理包括去卷积、迁移率校正、归一化三个模块:去卷积等效于展宽效应的逆过程,可以减小峰宽,消除峰的重叠,提高了四色峰的分辨率:迁移率校正调整四色峰的相对位置,使得四色峰谱分布均匀;归一化使得四色峰的高度基本一致,提高了图谱的视觉效果。 DNA图谱处理改善了DNA原始图谱的质量,为后续的碱基排序做准备,有利于实现自动化、准确的DNA测序。自主设计的GelRead软件能浏览、处理ABI和DAT格式的DNA图谱。GelRead软件对原始DNA图谱处理达到了很好的效果,可以与ABI商业软件相媲美,实现了预期的目标。