【摘 要】
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随着数字信息的快速增长,DNA分子成为大规模数据存储的新型潜在材料,为解决巨大的数据存储问题提供了可能性。DNA信息存储包括体内存储和体外存储,目前体内存储容量远小于体外存储系统;另外在体外存储中,由于许多因素（如DNA序列的GC含量、片段长度和DNA聚合酶）导致PCR扩增偏差,对大型DNA文库的低偏好扩增是一个挑战。本文针对体内存储容量小及体外存储存在扩增偏差的问题进行了相关研究。首先,我们将编
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随着数字信息的快速增长,DNA分子成为大规模数据存储的新型潜在材料,为解决巨大的数据存储问题提供了可能性。DNA信息存储包括体内存储和体外存储,目前体内存储容量远小于体外存储系统;另外在体外存储中,由于许多因素（如DNA序列的GC含量、片段长度和DNA聚合酶）导致PCR扩增偏差,对大型DNA文库的低偏好扩增是一个挑战。本文针对体内存储容量小及体外存储存在扩增偏差的问题进行了相关研究。首先,我们将编码数字信息的DNA文库通过冗余组装的方式组装在高拷贝质粒载体上,以混菌培养的方式存储于细胞体内,对混菌培养中DNA文库的序列偏好性进行了研究。根据深入的生物信息学分析,虽然在同源组装中存在有序列偏差,但DNA文库信息在混菌培养的多次传代培养中保持稳定。我们成功将超过一万条编码有445 KB数字信息、包含2304 Kbps寡核苷酸序列存储在细胞体内,这是迄今为止报道的活细胞体内最大的存储。另外,我们系统分析了GC含量对由11520条不同寡核苷酸序列组成的DNA文库的扩增偏好性影响,其中GC含量在35%-65%的范围内。正如预期,文库中的序列被不均匀的扩增,但是与现有理论相反的是,明显富集的序列均具有较高的GC含量。进一步的热力学分析表明,相对高值的GC含量和吉布斯自由能（双G）可以改善扩增过程中特定寡核苷酸序列的复制偏差。综上所述,我们成功将用于体外存储的DNA文库与细胞体内存储系统的优势结合起来,实现了体内大规模DNA信息存储,为弥合体外和体内存储系统之间的差距提供了新思路;同时,双G驱动的复制优势可以作为体外存储中大规模DNA文库设计的指导原则。从体内和体外两个方向为DNA信息存储的发展奠定了基础。
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