[发明专利]细胞表型图像定量分析的高通量功能基因筛选方法及系统

说明书

本发明公开了细胞表型图像定量分析的高通量功能基因筛选方法及系统，属于基因筛选技术领域。利用全自动荧光显微镜拍取得到有待筛选表型和无待筛选表型的细胞图像；分别转化成有待筛选表型和无待筛选表型的黑白二值图像；再分割成包含单个有待筛选表型细胞的图像和包含单个无待筛选表型细胞的图像；将包含单个有待筛选表型细胞的图像在有待筛选表型的细胞图像中对应的部分作为阳性训练集，将包含单个无待筛选表型细胞的图像在无待筛选表型的细胞图像中对应的部分作为阴性训练集，得到能识别细胞表型的最终模型；将待筛选基因敲除或者过表达细胞的图像经过最终模型识别，得到待筛选基因与表型的关联性。本方法提高了筛选效率和准确程度。

技术领域

本发明涉及基因筛选技术领域，更具体地，涉及一种细胞表型图像定量分析的高通量功能基因筛选方法及系统。

背景技术

许多实验学家致力于鉴定与特定细胞行为有关的功能基因，构建基因与表型的联系，这有助于人类解读基因，认识疾病，研发药物。比如细胞自噬的异常与包括癌症在内的多种疾病的发生密切相关。日本科学家大隅良典通过酵母基因筛选实验发现调控自噬的关键基因，因为其在细胞自噬的贡献，获颁发2016年获得诺贝尔医学奖。大隅良典公开了一种使用SDS-PAGE来检测GFP-ATG8剪切的技术，这种技术利用GFP-ATG8与GFP在不连续缓冲系统的迁移率不同而将这两种蛋白质分开，通过定量分析单基因缺陷或者高表达的细胞中GFP-ATG8与GFP的比值大小，从而鉴定此单个基因与自噬表型的关系。

为了验证基因与自噬的关系，首先必须利用模式生物进行基因筛选实验，验证基因与自噬表型的关系。在中国发明专利CN201610017008.8中公开了一种使用NtAtg8-pFF19-GFP质粒和激光共聚焦显微镜观察烟草中自噬现象的基因定位方法，这种方法鉴定基因与自噬表型的关系时需要首先将此质粒转入单基因缺陷或者高表达的细胞中，然后人工操作激光共聚焦显微镜对此细胞进行图像拍摄。

在这两种分别使用激光共聚焦显微镜和SDS-PAGE检测自噬的技术中，由于需要手工对逐个单个基因缺陷或者高表达的细胞进行操作，一天只能鉴定几个基因，而人类有两万多个基因，使用上述技术进行基因筛选实验，通量低，费时费力，并且通过人工分析荧光图像、搜索目标区域和提取图像特征，无法客观准确的对表型定量，从而无法根据时间点和表型影响程度对基因进行排序和分类，从而构建基因相互作用网络。此外，在这两种技术都对人健康有一定的影响，从而不能实现高通量的全基因组筛选。

发明内容

本发明解决了现有技术中细胞筛选技术中通量低，且对细胞表型无法精确定量的技术问题，提供了一种高通量功能基因筛选方法，从而大大提高了筛选效率，提高了结果的准确程度，并可以将功能基因按其对细胞表型影响的时间点和程度进行排序和分类，从而构建基因相互作用网络。

按照本发明的目的，提供了一种细胞表型图像定量分析的高通量功能基因筛选方法，含有以下步骤：

(1)利用全自动荧光显微镜拍取得到有待筛选表型的细胞图像和无所述待筛选表型的细胞图像；所述有待筛选表型的细胞图像和无所述待筛选表型的细胞图像中均具有荧光标记，所述荧光标记用于识别有待筛选表型的细胞图像中的待筛选表型，以及区分无所述待筛选表型的细胞图像中不具有所述待筛选表型；

(2)将步骤(1)所述的有待筛选表型的细胞图像和无所述待筛选表型的细胞图像分别转化成有待筛选表型的黑白二值图像和无所述待筛选表型的黑白二值图像；所述黑白二值图像中细胞区域为白色，细胞区域以外为黑色；

(3)将步骤(2)中所述的有待筛选表型的黑白二值图像分割成包含单个有待筛选表型细胞的图像，将步骤(2)中无所述待筛选表型的黑白二值图像分割成包含单个无所述待筛选表型细胞的图像；