(57)【要約】【課題】  ＤＮＡ断片のＰＣＲ増幅産物の電気泳動実験から得られる蛍光分析結果の波形データにおいて、真のピークとノイズピークとを正しく判別して表示することができる表示方法及び表示装置を提供する。【解決手段】  ＤＮＡマーカーの配列情報を基に複合ピーク波形が生じるかどうかを判定し、複合ピーク波形が生じる場合には、複合ピーク波形専用のピーク判定アルゴリズムを適用する。このピーク判定アルゴリズムは、基本波形の当てはめの際に、１つ目の基本波形の当てはめ位置と１つ目の基本波形の当てはめ位置との間隔をunit長より長く取ることにより、ピークの誤判定を避けることを特徴としている。【選択図】  図１
2006079334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロサテライトを含むＤＮＡ断片のＰＣＲ増幅産物について長さを分析した結果を表示する装置であって、
前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルにおいて、前記ＤＮＡ断片のマイクロサテライトの繰り返し単位が増加又は減少したＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに相当するstutterピーク、及び前記ＤＮＡ断片に１つのアデニンが付加したＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに相当する+Aピーク以外のノイズピークが発生するかどうかを、前記ＤＮＡ断片の配列情報に基づいて判定する複合ピーク波形判定部と、
ＤＮＡ断片の種類ごとにＰＣＲ増幅産物の検出シグナルにおけるstutterピーク及び+Aピークの出現パターンをモデル化した基本波形を、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに対して当てはめることにより、前記ＤＮＡ断片のＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに相当する真のピークを判別するピーク判別処理部と、
前記ピーク判別処理部による真のピーク判別結果を表示する表示処理部とを有しており、
前記ピーク判別処理部は、前記複合ピーク波形判定部により前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルにstutterピーク及び+Aピーク以外のノイズピークが発生すると判定された場合には、当該stutterピーク及び+Aピーク以外のノイズピークと推定されるピークを基本波形の当てはめ対象から除外することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記複合ピーク波形判定部は、前記ＤＮＡ断片に含まれるマイクロサテライト以外の１塩基以上を単位とする繰り返し配列が存在するかどうかに基づいて、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルにstutterピーク及び+Aピーク以外のノイズピークが発生するかどうかを判定することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記複合ピーク波形判定部における判定条件として、前記マイクロサテライト以外の繰り返し配列について、繰り返し単位の塩基長及び繰り返し回数の閾値をユーザに設定させるユーザ条件設定部をさらに有していることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記ピーク判別処理部は、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに対して１つ目の基本波形を当てはめた後さらに２つ目の基本波形を当てはめる際に、１つ目の基本波形の当てはめ位置と２つ目の基本波形の当てはめ位置とを、前記ＤＮＡ断片に含まれるマイクロサテライトのunit長以上離隔させて当てはめを行うことにより、stutterピーク及び+Aピーク以外のノイズピークと推定されるピークを基本波形の当てはめ対象から除外することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記表示処理部は、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルのグラフ、前記ＤＮＡ断片の配列情報、及び前記複合ピーク波形判定部による判定結果とともに前記ピーク判別処理部による真のピーク判別結果を表示することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項６】
マイクロサテライトを含むＤＮＡ断片のＰＣＲ増幅産物について長さを分析した結果を表示する方法であって、
前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルにおいて、前記ＤＮＡ断片のマイクロサテライトの繰り返し単位が増加又は減少したＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに相当するstutterピーク、及び前記ＤＮＡ断片に１つのアデニンが付加したＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに相当する+Aピーク以外のノイズピークが発生するかどうかを、前記ＤＮＡ断片の配列情報に基づいて判定する複合ピーク波形判定ステップと、
ＤＮＡ断片の種類ごとにＰＣＲ増幅産物の検出シグナルにおけるstutterピーク及び+Aピークの出現パターンをモデル化した基本波形を、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに対して当てはめることにより、前記ＤＮＡ断片のＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに相当する真のピークを判別するピーク判別処理ステップと、
前記ピーク判別処理ステップにおける真のピーク判別結果を表示する表示処理ステップとを有しており、
前記ピーク判別処理ステップでは、前記複合ピーク波形判定ステップにおいて前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルにstutterピーク及び+Aピーク以外のノイズピークが発生すると判定された場合には、当該stutterピーク及び+Aピーク以外のノイズピークと推定されるピークを基本波形の当てはめ対象から除外することを特徴とする表示方法。
【請求項７】
前記複合ピーク波形判定ステップでは、前記ＤＮＡ断片に含まれるマイクロサテライト以外の１塩基以上を単位とする繰り返し配列が存在するかどうかに基づいて、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルにstutterピーク及び+Aピーク以外のノイズピークが発生するかどうかを判定することを特徴とする請求項６に記載の表示方法。
【請求項８】
前記複合ピーク波形判定ステップにおける判定条件として、前記マイクロサテライト以外の繰り返し配列について、繰り返し単位の塩基長及び繰り返し回数の閾値をユーザに設定させるユーザ条件設定ステップをさらに有していることを特徴とする請求項７に記載の表示方法。
【請求項９】
前記ピーク判別処理ステップでは、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに対して１つ目の基本波形を当てはめた後さらに２つ目の基本波形を当てはめる際に、１つ目の基本波形の当てはめ位置と２つ目の基本波形の当てはめ位置とを、前記ＤＮＡ断片に含まれるマイクロサテライトのunit長以上離隔させて当てはめを行うことにより、stutterピーク及び+Aピーク以外のノイズピークと推定されるピークを基本波形の当てはめ対象から除外することを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の表示方法。
【請求項１０】
前記表示処理ステップでは、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルのグラフ、前記ＤＮＡ断片の配列情報、及び前記複合ピーク波形判定部による判定結果とともに前記ピーク判別処理ステップにおける真のピーク判別結果を表示することを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の表示方法。
【請求項１１】
表示装置において、請求項６から１０のいずれか１項に記載の表示方法を実行するためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個体の疾患や外形的特徴などの表現型に関与している遺伝子を特定するための解析作業に用いる遺伝子情報の表示方法及び表示装置に関し、特に、解析対象の遺伝子が含まれるＤＮＡ断片をＰＣＲや電気泳動などにより抽出し検出する際に、解析対象からのシグナルとノイズシグナルとを的確に判別して表示することができる方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒトゲノムの完全解読後、遺伝子の機能解析研究が活発に行われている。そのなかでも特定の疾患の有無、薬物の効果の程度、副作用の有無などの表現型に関与する遺伝子の探索での基盤となる、遺伝子型決定の自動化が特に注目されている。
【０００３】
マイクロサテライト
通常、同種の生物のゲノムはほぼ似通った塩基配列を有しているが、いくつかの個所では異なった塩基を有している。例えば、１つの遺伝子座において、ある個体はＡを有しており、他の個体はＴを有している場合などがある。このように個体間でゲノム上の単一の塩基に多型性が見られることをＳＮＰ(Single Nucleotide Polymorphism)と言う。
【０００４】
一方、生物のゲノム中には、２塩基から６塩基の短い配列パターンが数回〜数十回繰り返されて表れる箇所が非常に多く（数万箇所以上）存在する。この特徴的な配列パターンのことをマイクロサテライトと呼んでいる。ゲノム上に現れるマイクロサテライトの例を図１８に示す。マイクロサテライトにおける繰り返し単位をunitと呼び、unitの塩基数をunit長と呼んでいる。例えば、図１８に示すＡＴＡＴＡＴＡＴ...というマイクロサテライトでは、unitは『ＡＴ』であり、unit長は２塩基である。図１８に示すように、マイクロサテライトは、個体間でunit及びunit長が同じであっても、その繰り返し回数が個体によって異なることがある。
【０００５】
上記したようにＳＮＰ及びマイクロサテライトは個体間で異なり得るので、ゲノム上で他の塩基配列と区別がしやすい部分であり、実験的にも検出が容易である。また、生物種によっては、ゲノム上のＳＮＰ及びマイクロサテライトが存在するおおよその位置が判っているので、ゲノム上の位置を示す指標として用いることができる。このような性質から、ＳＮＰやマイクロサテライトのことをＤＮＡマーカーと呼んでいる。特に、マイクロサテライトは複数の塩基を含んでいるので、ＳＮＰよりも多くの情報量を有しており、ＤＮＡマーカーとして頻繁に用いられている。
【０００６】
ところで、図１８に示すように、多くの生物の個体は、雌性配偶子と雄性配偶子に由来する１組のゲノム（相同染色体）を有している。１組のゲノム上の互いに対応する部位に存在する遺伝子を、それぞれ対立遺伝子(allele)と言い、これらの組み合わせを遺伝子型(genotype)と言う。上記したように、ゲノム上のＳＮＰやマイクロサテライトは、個体間で塩基配列が異なり得る部分であるので、一般的に、ＳＮＰには２つ又は３つの対立遺伝子が存在し、マイクロサテライトには数種類〜２０種類以上の対立遺伝子が存在する。図１８に示す例では、個体Ａは、『ＡＴ』というunitを５回繰り返したものと７回繰り返したものとを有しており、個体Ｂは、『ＡＴ』というunitを６回繰り返したものを２つ有している。ここで、個体Ａのように異なる種類の対立遺伝子を１つずつ持っている状態をヘテロ接合と言い、個体Ｂのように同じ種類の対立遺伝子を２つ持っている状態をホモ接合と言う。
【０００７】
ＰＣＲ及び電気泳動実験
ＤＮＡマーカーとしてマイクロサテライトを用いる場合、ゲノム上のマイクロサテライトが現れている箇所を抽出して検出するための実験としてＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）や電気泳動などの実験が行われる。ＰＣＲは、マイクロサテライトの両端においてプライマー配列と呼ばれる一対の塩基配列を指定することで、それらの間にはさまれるマイクロサテライト部分のみをＤＮＡ断片として繰り返し複製することにより、一定量のサンプルを取得する実験技術である。電気泳動には、ゲル電気泳動やキャピラリ電気泳動などの手法があり、増幅したＤＮＡ断片を荷電された泳動路で泳動させて、長さの異なるＤＮＡ断片を分離する実験技術である。電気泳動は、ＤＮＡ断片の長さによって泳動路における泳動速度が異なる（長いＤＮＡ断片ほど泳動速度が小さい）ことを利用したサンプル分離手法である。
【０００８】
図１９は、ＰＣＲ及びゲル電気泳動により、マイクロサテライト部分のＤＮＡ断片を抽出し増幅する実験手順を模式的に示す図である。まず、対象となるマイクロサテライトを挟んで一対のプライマー配列１９００及び１９０１を指定し、マイクロサテライト及びプライマー配列を含んだゲノム領域１９０２がＰＣＲ実験により増幅される。図１９に示す例では、２本の相同染色体上でのマイクロサテライトの繰り返し数が異なるヘテロ接合であり、それぞれマイクロサテライト部分の長さが異なるため、それぞれから長さの異なる２種類のＰＣＲ増幅産物すなわちＤＮＡ断片（６６塩基および５８塩基）が得られる。これらを板状のゲル上で一定時間電気泳動させると、上記２種類のＰＣＲ増幅産物はそのＤＮＡ断片の長さの違いによって分離されることとなる。各ＤＮＡ断片には蛍光色素をつけておき、電気泳動後に各ＤＮＡ断片の位置を検出することにより、図１９左下の図に示すような模様が得られる。また、ＰＣＲ増幅産物とともに、長さがあらかじめ分かっているＤＮＡ断片（サイズマーカーと呼ばれる）を電気泳動させておけば、それらサイズマーカーの検出位置を基準として各ＰＣＲ増幅産物の長さを知ることができる。
【０００９】
尚、上記ではゲル電気泳動を用いた実験手法について述べたが、キャピラリ電気泳動によっても同様のことを行うことができる。キャピラリ電気泳動では、サンプルにゲルを詰めた細い管の中を泳動させ、各種サンプルが一定距離（通常はキャピラリの終端まで）を泳動し終わるまでに要した時間を計測して、ＤＮＡ断片の長さを調べる手法である。キャピラリ電気泳動の結果として、図１９右下の図に示すような、横軸にＤＮＡ断片の長さ・縦軸にシグナル強度をプロットした波形（ピークの集合）が得られる。キャピラリ電気泳動においては、ゲル中のサンプルからの蛍光シグナルをスキャンするのではなく、キャピラリ終端に備えた蛍光シグナル検出器によりサンプルを検出するのが一般的である。
【００１０】
ＰＣＲ及び電気泳動実験において生じるノイズ
上記の図１９に示した実験結果は、ＰＣＲ及び電気泳動が理想的な過程で行われた場合に得られるものであり、実際の実験においては様々なノイズが生じることがある。ＰＣＲ及び電気泳動の実験過程で生じる代表的なノイズである、Stutterピークと+Aピークについて、図２０を参照しながら以下に説明する。簡単のため、図２０では、図１９に示した長さ６６塩基のＤＮＡ断片（『ＴＡ』が１２回繰り返されたマイクロサテライトを含む）のみを例に挙げている。
【００１１】
Stutterピークとは、ＰＣＲ反応の際にslipped-strand mispairing（スリップ鎖誤対合；マイクロサテライトの繰り返し部分にずれが生じること）が起こることによって、複製対象のＤＮＡ断片のうちマイクロサテライト部分の繰り返し回数が増加又は減少してしまう現象が原因で生じるノイズであり、蛍光分析において繰り返し回数が増加又は減少したＤＮＡ断片がノイズピークとして観測されるものである。図２０に示すように、『ＴＡ』が１２回繰り返された正常なマイクロサテライトを含んだＤＮＡ断片２０００のほか、『ＴＡ』が１１回又は１３回繰り返された異常なマイクロサテライトを含んだＤＮＡ断片２００１又は２００２が生成されて、蛍光分析においてStutterピークとして観測されることとなる。さらに多くの繰り返し回数の増減が起こることもあるので、ＰＣＲを行うことにより、複製元のＤＮＡ断片と同じ長さのＤＮＡ断片（６６塩基）のほかに、マイクロサテライトのunit長の整数倍だけ長さが増加又減少したＤＮＡ断片が生成される可能性がある。
【００１２】
+Aピークとは、ＰＣＲによりＤＮＡ断片を複製する際に、ＤＮＡ断片に余分な塩基（通常はＡ）が１つ付加されてしまう現象が原因で生じるノイズであり、蛍光分析において１塩基付加されたＤＮＡ断片がノイズピークとして観測されるものである。図２０に示すように、正常に複製されたＤＮＡ断片２０００に１塩基付加されたＤＮＡ断片２００３が生じるほか、slipped-strand mispairingによりマイクロサテライト部分の繰り返し回数が増加又は減少されてしまった異常なＤＮＡ断片２００１及び２００２にも１塩基付加されたＤＮＡ断片２００４及び２００５が生じることがある。これらの１塩基付加されたＤＮＡ断片２００３，２００４及び２００５は、蛍光分析においてそれぞれ異なる+Aピークとして観測されることとなる。
【００１３】
図２０の蛍光分析結果を示すグラフでは、複製元のＤＮＡ断片と同じ長さである６６塩基のＤＮＡ断片が本来観察されるべきピーク（以下、「真のピーク」と呼ぶ）であり、その他のピークは全てノイズピークである。この真のピークに対して、マイクロサテライトのunit長分の間隔を置いて（６２塩基、６４塩基、６８塩基の位置に）Stutterピークが現れていることが分かる。さらに、真のピーク又はStutterピークのそれぞれよりも１塩基長い位置（６３塩基、６５塩基、６７塩基、６９塩基の位置）には+Aピークが現れていることが分かる。すなわち、６３塩基、６５塩基、６７塩基、６９塩基の位置に現れる+Aピークは、それぞれ、塩基長が６２塩基、６４塩基、６６塩基、６８塩基のＤＮＡ断片に１塩基付加されたＤＮＡ断片に対応していることになる。以下において、ある+Aピークに対して、その+Aピークが生じる元となった１塩基付加されていないＤＮＡ断片に対応する真のピーク又はStutterピークのことを「元のピーク」と呼ぶ。
【００１４】
ＰＣＲ及び電気泳動の実験過程においては、蛍光分析において観測される複数のピークのうち真のピークを他のノイズピークから判別することが非常に重要である。上記したStutterピーク及び+Aピークの２種類のノイズピークに関しては、そのようなピークが起こる分子生物学的理由が広く研究されており、ピークの高さの特徴の調査も行われている。その結果、蛍光分析結果の波形データからStutterピーク及び+Aピークを自動的に判別し除去するための様々な手法が開発されている。
【００１５】
第１の手法として、波形データ中の１番高いピークを真のピークとし、その前後数塩基（ユーザが範囲を指定できる）にあるピークは、ノイズピーク（Stutterピーク又は+Aピーク）であると判断して捨てるという手法がある。例えば、ABI社のソフトウェア「GenoTyper」はこの手法を採用している。
【００１６】
第２の手法として、マーカー毎、個体毎にノイズピーク（Stutterピーク、+Aピーク）の出方をモデル化してピーク判定を行う手法がある。その方法について図２１を参照しながら説明する。図２１の上段には、真のピークとそれに対するSutterピーク、さらにそれらのピークに対する+Aピークを含んだ波形モデル（以後、「基本波形と呼ぶ」）を示している。ここで、モデル化されているのは真のピークに対するSutterピーク及び+Aピークの相対的な高さ（シグナル強度）である。図２１に示す例では、真のピーク（塩基長Xの位置）の高さを１０００とするとき、真のピークに対する+Aピーク（塩基長X + 1の位置）の高さは５００となり、真のピークの１unit左のStutterピーク（塩基長X−unit長の位置）の高さは６００となっている。
【００１７】
この基本波形を用いて、図２１の中段に示すような実際に観察された波形データのピーク判定を行う。図２１の下段には、中段の実際に観察された波形データに基本波形を当てはめた結果を示している。この当てはめは、観察された波形データのうち最も高いピーク（Pmax）を選び、これが基本波形における最も高いピーク（すなわち真のピーク）に相当するものとして、基本波形の最も高いピークがPmaxと同じ高さになるように基本波形全体の高さを調整して（基本波形の各ピーク間の相対的高さ関係は変化しない）、観察された波形データに重ね合わせることにより行う。図２１の下段では、当てはめた基本波形を白い三角形で示しており、観察された波形データとのピーク高さの相違を上下方向の矢印で示している。
【００１８】
ところで、１対のゲノム上のマイクロサテライトにはホモ接合体とヘテロ接合体とがある。抽出したＤＮＡ断片がホモ接合体である場合にはグラフに真のピークが１つだけ現れ、ヘテロ接合体である場合にはグラフに真のピークが２つ現れることになっている。このため、ヘテロ接合体に関しては、２つの真のピーク位置で２つの基本波形を重ねて当てはめることが必要となる。そこで、上記の基本波形当てはめを行った後に、当てはめた基本波形と観察された波形とのピーク高さの差が最大となるピーク（Pmax’）に着目する。このPmax’の位置にさらに基本波形（Pmax’の位置でのピーク高さを合わせたもの）を当てはめ、その結果、基本波形を１つ当てはめたときよりもよく当てはまっているならば、抽出したＤＮＡ断片はヘテロ接合体であると判定し、基本波形を１つ当てはめたときよりも当てはまり具合が悪ければ、抽出したＤＮＡ断片はホモ接合体であると判定する。
【００１９】
図２１の例では、基本波形を１つ当てはめたときのほうが当てはまり具合が良いので、ここで抽出したＤＮＡ断片に含まれるマイクロサテライトは、７８塩基のホモ接合体であることが分かる。すなわち、７８塩基の位置に現れたものが当該マイクロサテライト由来の真のピークである。一方、図２２の例では、基本波形（図２１に示したのと同じものである）を２つ当てはめたときのほうがよく当てはまっているので、ここで抽出したＤＮＡ断片に含まれるマイクロサテライトは、６６塩基と７４塩基のヘテロ接合体であることが分かる。すなわち、６６塩基及び７４塩基に現れたものが当該マイクロサテライト由来の真のピークである。
【００２０】
例えば、特許文献１〜５、非特許文献１〜４などではこの第２の方法を採用している。
【特許文献１】米国特許第5,541,067号
【特許文献２】米国特許第5,580,728号
【特許文献３】米国特許第5,876,933号
【特許文献４】米国特許第6,054,268号
【特許文献５】米国特許第6,274,317号
【非特許文献１】Perlin, M. W., et al., “Toward Fully Automated Genotyping: Allele Assignment, Pedigree Construction, Phase Determination, and Recombination Detection in Duchenne Muscular Dystrophy”, Am. J. Hum. Genet. 55, 1994, p777-787
【非特許文献２】Perlin, M. W., et al., “Toward Fully Automated Genotyping: Genotyping Microsatellite Markers by Deconvolution”, Am. J. Hum. Genet. 57, 1995, p1199-1210
【非特許文献３】Palsson, B., et al., “Using Quality Measures to Facilitate Allele Calling in High-Throughput Genotyping”, Genome Research 9, 1999, p1002-1012
【非特許文献４】Stoughton, R., et al., “Data-adaptive algorithms for calling alleles in repeat polymorphisms”, Electrophoresis 18, 1997, p1-5
【非特許文献５】Smith, J. R., et al., “Approach to Genotyping Errors Caused by Nontemplated Nucleotide Addition by Taq DNA Polymerase”, Genome Research 5, 1995、p312-317
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、上記した第１の手法では、１番高いピークを常に真のピークであるとするため、図２３に示すように真のピークよりも高い+Aピークが出現してしまった場合には、ピーク判別を誤ってしまうことになる。尚、このような現象が起こりうることは、非特許文献５に報告されている。
【００２２】
一方、上記した第２の手法では、Stutterピークと+Aピーク以外のノイズピークには対処することができないという問題点がある。ＤＮＡ断片の電気泳動実験から得られる蛍光分析結果の波形データにおいて、Stutterピークと+Aピーク以外のノイズピークが現れる例を、図２４及び図２５を参照しながら説明する。図２４において、ＰＣＲ増幅反応の鋳型として用いられるＤＮＡ断片２４０１には、「GCTA」というunitの繰り返しからなるマイクロサテライト部分の他に、１塩基「G」の繰り返し部分が存在している。「GCTA」は１２回繰り返し、「G」は１５回繰り返しで、全体として１００塩基のＤＮＡ断片となっている。このＤＮＡ断片２４０１をＰＣＲ実験により増幅すると、実験ノイズとして、マイクロサテライトのunit繰り返し数が変化したもの２４０２、末端に「A」が付加されたもの２４０３の他、１塩基「G」の繰り返し回数が変化したもの２４０４が生じることが知られている。これらのノイズとして増幅されたＤＮＡ断片２４０２、２４０３、２４０４は、それぞれ、電気泳動実験の波形データにおいて塩基長９６、１０１、９９の位置にノイズピークとして観察されることとなる。塩基長９６、１０１の位置に現れたものがそれぞれStutterピーク、+Aピークであり、塩基長９９の位置に現れたのはマイクロサテライトではない１塩基繰り返し部分に由来するノイズピークである。一方、図２５には、「GCTA」というunitの繰り返しからなるマイクロサテライト部分の他に、２塩基「CA」の繰り返し部分が存在するＤＮＡ断片２５０１をＰＣＲ増幅反応の鋳型として用いている。この鋳型をＰＣＲ増幅した結果、実験ノイズとして、マイクロサテライトのunit繰り返し数が変化したもの２５０２、末端に「A」が付加されたもの２５０３の他、２塩基「CA」の繰り返し回数が変化したもの２５０４やその末端に「A」がさらに付加されたもの２５０５などが生じることが分かっている。これらのノイズとして増幅されたＤＮＡ断片２５０２、２５０３、２５０４、２５０５は、それぞれ、電気泳動実験の波形データにおいて塩基長９６、１０１、９８、９９の位置にノイズピークとして観察されることとなる。
【００２３】
従来技術（上記した第２の手法など）では、Stutterピークと+Aピーク以外のノイズピークが現れることを想定していないので、図２４及び図２５に示すようなノイズピークを含んだ波形データに対しては、正しいピーク判別を行うことができないという問題点があった。これについて、図２６及び図２７を参照しながら説明する。図２６の上段に示す波形データは、図２４で示したものと同じであり、９９塩基の位置にStutterピーク、+Aピーク以外のノイズピークが出現している。この波形データに対して上記の第２の手法を適用すると、最大ピークPmaxに基本波形を当てはめた後、当てはめた基本波形と観察された波形とのピーク高さの差が最大となるピークPmax’として、９９塩基の位置のノイズピークが選択されてしまう。その結果、１００塩基の位置のピークと９９塩基の位置のピークとが真のピークであると誤判定してしまうことになる。図２７には、ヘテロ接合体の波形データを示している。１００塩基及び１０８塩基の位置に真のピークが現れており、９９塩基及び１０７塩基の位置にStutterピーク、+Aピーク以外のノイズピークが現れている。この波形データに対して上記の第２の手法を適用した場合にも、１０８塩基の位置の真のピークよりも高い９９塩基の位置のノイズピークをPmax’としてしまうため、９９塩基の位置のノイズピークが真のピークであるという誤判定をしてしまうことになる。
【００２４】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、ＤＮＡ断片のＰＣＲ増幅産物の電気泳動実験から得られる蛍光分析結果の波形データにおいて、真のピークとノイズピークとを正しく判別して表示することができる表示方法及び表示装置を提供しようとするものである。特に、従来よく知られているStutterピークや+Aピーク以外のノイズピークが現れていても、真のピークを正しく判別することができる表示方法及び表示装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記解決課題に鑑みて鋭意研究の結果、上記したように従来よく知られたStutterピークや+Aピークに加えて、ＰＣＲ増幅反応の鋳型となるＤＮＡ断片にマイクロサテライト以外の繰り返し部分が存在することが原因で生じるノイズピークを含んだ波形（以下、「複合ピーク波形」と呼ぶ）データに対して、正しいピーク判別を行うための手段として、本発明者は、以下の３つの特徴を有するピーク判定手法を考えた。
特徴１）ＤＮＡマーカー（ＰＣＲ増幅反応の鋳型）の配列情報から、複合ピーク波形を生ずるＤＮＡマーカーであるかどうかを判定し、複合ピーク波形を生ずるＤＮＡマーカーに対しては複合ピーク波形専用のピーク判定アルゴリズムを適用する。
特徴２）複合ピーク波形を生ずるＤＮＡマーカーであるかどうかは、複合ピーク波形を生ずる原因となるマイクロサテライト以外の繰り返し部分の繰り返し回数が所定の閾値を越えているかどうかにより判定する。
特徴３）複合ピーク波形のピーク判定では、基本波形の当てはめの際に、１つ目の基本波形の当てはめ位置と１つ目の基本波形の当てはめ位置との間隔をunit長より長く取る。
【００２６】
上記の特徴１について詳しく説明する。例えば、４塩基「GCTA」をunitとするマイクロサテライトを含んだ、
「…ATGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTACTGGGGGGGGGGGGGGGCG…」
という配列のＤＮＡマーカーがあったとする。このＤＮＡマーカーには、「GCTA」をunitとするマイクロサテライトの他に、１塩基「G」の繰り返し配列が含まれていることが配列情報から分かる。このような場合には、複合ピーク波形を生ずるＤＮＡマーカーであると判定し、複合ピーク波形専用のピーク判定アルゴリズム（以下の特徴３を採用したピーク判定アルゴリズムである）を適用してピーク判定を行うこととする。複合ピーク波形を生じないＤＮＡマーカーについては、従来のピーク判別手法を適用すればよい。
【００２７】
上記の特徴２について詳しく説明する。ＤＮＡマーカーに含まれるマイクロサテライト以外の繰り返し部分が含まれている場合、その部分の繰り返し回数が何回以上であれば複合ピーク波形を生じるかという閾値を予め設定しておく。この閾値は、ＤＮＡマーカーの種類、実験環境、実験プロトコルなどにより異なり得るものであり、ユーザが経験的に決めた値を設定すればよい（本発明者は約１０回程度を閾値とした）。また、繰り返し部分の繰り返し単位の長さ（塩基長）によっても異なり得るものである。このため、繰り返し単位の塩基長ごとに異なる閾値を指定できるようにしておくのが好ましい。例えば、１塩基単位の繰り返しについては閾値を１２回、２塩基単位の繰り返しについては閾値を１０回と設定するなどである。
上記の特徴３についは、後に本発明の実施形態として詳しく説明する。
【００２８】
したがって、本発明によれば、上記の特徴１及び２により、電気泳動実験から得られる波形データが複合ピーク波形を生ずるＤＮＡマーカーの波形データであるかどうかを適切に判定し、複合ピーク波形を生ずるＤＮＡマーカーである場合には上記の特徴３により複合ピーク波形に特化したピーク判定アルゴリズムを用いてピーク判定を行うことができる。い、それ以外のマーカーに対しては既存技術による真のピーク判定を行うように、複数種類の真のピーク判定技術を使い分けることができる。また、第三の特徴により、複合ピーク波形を生ずるマーカーにおいて観察される波形に対しても、適切に真のピーク判定を行える。これにより、複合ピーク波形を生ずるマーカーに対しても、それ以外のマーカーに対しても、常に正しく真のピーク判定を行うことが可能となる。
【００２９】
上記の特徴１〜３を具体的に実現するための手段として、本発明は、マイクロサテライトを含むＤＮＡ断片のＰＣＲ増幅産物について長さを分析した結果を表示する装置であって、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルにおいて、前記ＤＮＡ断片のマイクロサテライトの繰り返し単位が増加又は減少したＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに相当するstutterピーク、及び前記ＤＮＡ断片に１つのアデニンが付加したＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに相当する+Aピーク以外のノイズピークが発生するかどうかを、前記ＤＮＡ断片の配列情報に基づいて判定する複合ピーク波形判定部と、ＤＮＡ断片の種類ごとにＰＣＲ増幅産物の検出シグナルにおけるstutterピーク及び+Aピークの出現パターンをモデル化した基本波形を、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに対して当てはめることにより、前記ＤＮＡ断片のＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに相当する真のピークを判別するピーク判別処理部と、前記ピーク判別処理部による真のピーク判別結果を表示する表示処理部とを有しており、前記ピーク判別処理部は、前記複合ピーク波形判定部により前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルにstutterピーク及び+Aピーク以外のノイズピークが発生すると判定された場合には、当該stutterピーク及び+Aピーク以外のノイズピークと推定されるピークを基本波形の当てはめ対象から除外することを特徴とする表示装置を提供するものである。
【００３０】
本発明の表示装置において、前記複合ピーク波形判定部は、前記ＤＮＡ断片に含まれるマイクロサテライト以外の１塩基以上を単位とする繰り返し配列が存在するかどうかに基づいて、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルにstutterピーク及び+Aピーク以外のノイズピークが発生するかどうかを判定することを特徴とする。
【００３１】
本発明の表示装置は、前記複合ピーク波形判定部における判定条件として、前記マイクロサテライト以外の繰り返し配列について、繰り返し単位の塩基長及び繰り返し回数の閾値をユーザに設定させるユーザ条件設定部をさらに有していることを特徴とする。
【００３２】
本発明の表示装置において、前記ピーク判別処理部は、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに対して１つ目の基本波形を当てはめた後さらに２つ目の基本波形を当てはめる際に、１つ目の基本波形の当てはめ位置と２つ目の基本波形の当てはめ位置とを、前記ＤＮＡ断片に含まれるマイクロサテライトのunit長以上離隔させて当てはめを行うことにより、stutterピーク及び+Aピーク以外のノイズピークと推定されるピークを基本波形の当てはめ対象から除外することを特徴とする。
【００３３】
本発明の表示装置において、前記表示処理部は、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルのグラフ、前記ＤＮＡ断片の配列情報、及び前記複合ピーク波形判定部による判定結果とともに前記ピーク判別処理部による真のピーク判別結果を表示することを特徴とする。
【００３４】
本発明は、また、マイクロサテライトを含むＤＮＡ断片のＰＣＲ増幅産物について長さを分析した結果を表示する方法であって、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルにおいて、前記ＤＮＡ断片のマイクロサテライトの繰り返し単位が増加又は減少したＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに相当するstutterピーク、及び前記ＤＮＡ断片に１つのアデニンが付加したＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに相当する+Aピーク以外のノイズピークが発生するかどうかを、前記ＤＮＡ断片の配列情報に基づいて判定する複合ピーク波形判定ステップと、ＤＮＡ断片の種類ごとにＰＣＲ増幅産物の検出シグナルにおけるstutterピーク及び+Aピークの出現パターンをモデル化した基本波形を、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに対して当てはめることにより、前記ＤＮＡ断片のＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに相当する真のピークを判別するピーク判別処理ステップと、前記ピーク判別処理ステップにおける真のピーク判別結果を表示する表示処理ステップとを有しており、前記ピーク判別処理ステップでは、前記複合ピーク波形判定ステップにおいて前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルにstutterピーク及び+Aピーク以外のノイズピークが発生すると判定された場合には、当該stutterピーク及び+Aピーク以外のノイズピークと推定されるピークを基本波形の当てはめ対象から除外することを特徴とする表示方法を提供するものである。
【００３５】
本発明の表示方法の前記複合ピーク波形判定ステップでは、前記ＤＮＡ断片に含まれるマイクロサテライト以外の１塩基以上を単位とする繰り返し配列が存在するかどうかに基づいて、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルにstutterピーク及び+Aピーク以外のノイズピークが発生するかどうかを判定することを特徴とする。
【００３６】
本発明の表示方法は、前記複合ピーク波形判定ステップにおける判定条件として、前記マイクロサテライト以外の繰り返し配列について、繰り返し単位の塩基長及び繰り返し回数の閾値をユーザに設定させるユーザ条件設定ステップをさらに有していることを特徴とする。
【００３７】
本発明の表示方法の前記ピーク判別処理ステップでは、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルに対して１つ目の基本波形を当てはめた後さらに２つ目の基本波形を当てはめる際に、１つ目の基本波形の当てはめ位置と２つ目の基本波形の当てはめ位置とを、前記ＤＮＡ断片に含まれるマイクロサテライトのunit長以上離隔させて当てはめを行うことにより、stutterピーク及び+Aピーク以外のノイズピークと推定されるピークを基本波形の当てはめ対象から除外することを特徴とする。
【００３８】
本発明の表示方法の前記表示処理ステップでは、前記ＰＣＲ増幅産物の検出シグナルのグラフ、前記ＤＮＡ断片の配列情報、及び前記複合ピーク波形判定部による判定結果とともに前記ピーク判別処理ステップにおける真のピーク判別結果を表示することを特徴とする。
【００３９】
本発明は、また、表示装置において上記したいずれかの表示方法を実行するためのプログラムを提供するものである。
【発明の効果】
【００４０】
以上、説明したように、本発明の遺伝子情報の表示方法及び表示装置によれば、ＤＮＡ断片のＰＣＲ増幅産物の電気泳動実験から得られる蛍光分析結果の波形データにおいて、ＤＮＡ断片の配列情報に基づきStutterピークや+Aピーク以外のノイズピークを含んだ波形（複合ピーク波形）であるかどうかを判定し、その判定結果にもとづいて適切なピーク判定アルゴリズムを用いて真のピークの判定を行うことができる。また、複合ピーク波形であるかどうかを判定する基準をユーザが任意に設定できるので、解析対象のＤＮＡマーカーごとに最適な判定条件を設定すれば、真のピーク判定処理の精度を大幅に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の遺伝子情報の表示方法及び表示装置を実施するための最良の形態を詳細に説明する。図１〜図１７は、本発明の実施の形態を例示する図であり、これらの図において、同一の符号を付した部分は同一物を表わし、基本的な構成及び動作は同様であるものとする。
【００４２】
図１は、本発明の一実施形態として構築される遺伝子情報表示システムの内部構成を概略的に示す機能ブロック図である。この遺伝子情報表示システムは、ＰＣＲ及び電気泳動実験の後ＰＣＲ増幅産物を蛍光分析した結果得られる波形データをマーカーＤＮＡごとに記憶した波形データＤＢ１００、マーカーＤＮＡの配列情報を記憶した配列データＤＢ１０１、波形データ及びその解析結果をグラフ表示するための表示装置１０２、表示されたグラフに対して個体やピークを選択するなどの操作を行うためのキーボード１０３とマウスなどのポインティングデバイス１０４、必要な演算処理、制御処理等を行う中央処理装置１０５、中央処理装置１０５での処理に必要なプログラムを格納するプログラムメモリ１０６、中央処理装置１０５での処理に必要なデータを格納するデータメモリ１０７を備えている。
【００４３】
プログラムメモリ１０６は、ピーク判定対象とするＤＮＡマーカーの波形データをデータメモリ１０７から読み込む波形データ読み込み部１０８と、波形データを読み込んだＤＮＡマーカーのＤＮＡ配列情報をデータメモリ１０７から読み込む配列データ読み込み部１０９と、ピーク判定対象のＤＮＡマーカーの配列情報からそのＤＮＡマーカーが複合ピーク波形を生じるものであるかどうかを判定する基準となる条件をユーザに指定させるユーザ条件設定部１１０と、ユーザが指定した条件に従って、ピーク判定対象のＤＮＡマーカーの配列データを参照し、そのＤＮＡマーカーが複合ピーク波形を生じるものであるかどうかを判定する複合ピーク波形判定部１１１と、複合ピーク波形の判定結果に応じてＤＮＡマーカーの波形データに対してピーク判定処理を行うピーク判定部１１２と、ピーク判定の結果を表示する表示処理部１１３とを含んでいる。
【００４４】
データメモリ１０７は、ＤＮＡマーカーごとに複数個体の波形データを保持する波形データ１１４と、各マーカーの配列データ１１５とを含んでいる。波形データ１１４及び配列データ１１５は、それぞれ、波形データＤＢ１００及び配列データＤＢ１０１から読み出されてデータメモリ１０７に保持されるものである。
【００４５】
図２〜図４は、データメモリ１０７に含まれる波形データ１１４のデータ構造を示す図である。図２に示すデータ構造体MarkerData[]は、j個のＤＮＡマーカーについて、各ＤＮＡマーカーを識別するためのマーカーＩＤ２００、個体ごとに現れる波形データをインデックスした個体データPersonalWaveData[]へのポインタ２０１、複合ピーク波形が現れるかどうかを示す複合波形フラグ２０２、含まれるマイクロサテライトのunit２０３及びそのunit長２０４を示すデータ含んでいる。尚、データ２０２については、計算がまだ行われていない場合にはNULL値を持つものとする。図３に示すデータ構造体PersonalWaveData[]は、k個の個体について、各個体を識別するための個体ＩＤ３００及び各個体の波形データPeakData[]へのポインタ３０１を示すデータ含んでいる。図４に示すデータ構造体PeakData[]は、l個のピークについて、各ピークが現われる位置（塩基長）４００、各ピークの高さ４０１及びピークが真のピークであるかノイズピーク（Stutterピーク、+Aピーク、あるいは他のピーク）であるかを表すピークラベル４０２を示すデータ含んでいる。尚、データ４０２については、解析がまだ行われていない場合にはNULL値を持つものとする。
【００４６】
図５は、データメモリ１０７に含まれる配列データ１１５のデータ構造を示す図である。図５に示すデータ構造体SequenceData[]は、m個のＤＮＡマーカーについて、各ＤＮＡマーカーを識別するためのマーカーＩＤ５００及び各ＤＮＡマーカーの塩基配列５０１を示すデータを含んでいる。
【００４７】
図６は、本実施形態の遺伝子情報表示システムにおいて、ＤＮＡマーカーの波形データに対してピーク判定を行う処理全体の流れを示すフローチャートである。以下に説明する各ステップは、プログラムメモリ１０６の各処理部１０８〜１１３により実行されるものである。図６において、まず、波形データ読み込み部１０８は、ピーク判定処理の対象とする１つのＤＮＡマーカーの波形データをデータメモリ１０７から取得する（ステップ６００）。図２に示すデータ構造体MarkerData[]１つに相当するデータが読み込まれることになる。配列データ読み込み部１０９は、ステップ６００で読み込んだＤＮＡマーカーの配列データをデータメモリ１０７から取得する（ステップ６０１）。図５に示すデータ構造体SequenceData[]１つに相当するデータが読み込まれることになる。ユーザ条件設定部１１０は、ピーク判定対象のＤＮＡマーカーの配列情報からそのＤＮＡマーカーが複合ピーク波形を生じるものであるかどうかを判定する基準となる条件をユーザに指定させる（ステップ６０２）。具体的には、図７に示すようなユーザインタフェース画面を表示装置１０２に表示して、ユーザにキーボード１０３及びマウス１０４を用いた入力操作を促すものである。
【００４８】
図７の画面には、ステップ６００で波形データを読み込んだＤＮＡマーカーのマーカーＩＤ７００、同ＤＮＡマーカーが有するマイクロサテライトのunit７０１、そのunit長７０２、同ＤＮＡマーカーの配列７０３、並びにユーザが条件を指定するためのチェックボックス７０４及びプルダウンメニュー７０５が表示されている。表示項目７０１〜７０３は、波形データ構造体MarkerData[]や配列データ構造体SequenceData[]から取得されるものである。この画面において、ユーザはＤＮＡマーカーの配列７０３を見て、マイクロサテライト以外にも１塩基「G」の余分な繰り返し配列が含まれていることがわかるので、一番上のチェックボックスにチェックを入れることができる。ユーザがチェックボックスにチェックするとその項目のプルダウンメニューが有効となり、複合ピーク波形発生の判定のための閾値となる繰り返し配列の繰り返し回数を設定することができる。この繰り返し回数はデフォルトで１０回に設定されているものとする。また、ＤＮＡマーカーに含まれるマイクロサテライトのunit長と同じ塩基長の繰り返し配列に関しては指定することができないようになっている（図中、４塩基の項目のみ灰色で示している）。これは、そのような繰り返し配列により生じるノイズピークが真のピークに対するStutterピークと同じ位置に現れるので、Stutterピークと区別してピーク判定する必要がないからである。尚、図７の画面において、条件設定をする際の判断材料として、ＤＮＡマーカーの配列やマイクロサテライトunitの情報を表示するほか、プライマー配列や対立遺伝子の頻度等の情報を表示してもよい。以上が、図６に示すフローチャートのステップ６０２に関する説明である。
【００４９】
続いて、複合ピーク波形判定部１１１は、ステップ６０２で設定されたマイクロサテライト以外の繰り返し配列に関する条件に従って、ステップ６０１で読み込んだＤＮＡマーカーの配列データから複合ピーク波形が生じるかどうかを判定する（ステップ６０３）。この判定処理については、後に詳細に説明する。
【００５０】
ステップ６０３において、複合ピーク波形が生じると判定された場合には、ピーク判定部１１２は、複合ピーク波形専用のピーク判定アルゴリズム（詳細は後述する）を用いて、波形データのピーク判定を行う（ステップ６０４）。ステップ６０３において、複合ピーク波形が生じないと判定された場合には、ピーク判定部１１２は、従来のピーク判定アルゴリズムを用いて、波形データのピーク判定を行う（ステップ６０５）。ここで、従来のピーク判定アルゴリズムとは、例えば、特許文献１〜５、非特許文献１〜４などに記載されているピーク判定手法を基にコンピュータ上で自動的にピーク判定を行うものである。尚、いずれのピーク判定アルゴリズムを用いる場合でも、ステップ６００で読み込んだＤＮＡマーカーの波形データ中に現れる各ピークが、真のピーク、+Aピーク、Stutterピークのいずれであるかを判定するものとする。このピーク判定結果は、図４に示すデータ構造体PeakData[]のピークラベル４０２に書き込まれる。
【００５１】
その後、表示処理部１１３は、個体ごとに波形データのグラフ及びピーク判定結果を表示装置１０２に表示する（ステップ６０６）。図８は、波形データのグラフ及びピーク判定結果の表示画面の例を示す図である。図８に示す画面には、ＤＮＡマーカーのunit及び配列と、波形データと、波形データについてのピーク判定結果及び判定の根拠とが表示されている。ピーク判定結果については、波形データ中の真のピークであると判定したピーク（図では１００塩基のピーク）を着色して表示する方法をとっており、また、この波形データが複合ピーク波形データであること及びその根拠を表示している。しかしながら、上記したようにピーク判定部１１２は、真のピーク、+Aピーク、Stutterピークを判別しているので、それぞれを表示するようにしてもよい。
【００５２】
図９は、図６に示すフローチャートにおける複合ピーク波形発生の判定処理（ステップ６０３）を詳細に示すフローチャートである。図９において、まず、図６のステップ６００及び６０１で読み込んだＤＮＡマーカーの波形データ（データ構造体MarkerData[]）及び配列データ（データ構造体SequenceData[]）からマイクロサテライトのunit及びunit長とＤＮＡマーカーの配列とを取得する（ステップ９００）。取得したＤＮＡマーカーの配列中のマイクロサテライト部分をマスクする（ステップ９０１）。このマスク処理の具体的態様を図１０に示す。図１０の（ａ）に示す例では、unitが「GCTA」、unit長が４塩基であるので、配列中の「GCTA」を「N」に置き換える処理を行う。図１０の（ｂ）に示す例では、unitが「CA」、unit長が２塩基であるが、このような場合には、マイクロサテライトのunitである「CA」と、それ以外の繰り返し配列の単位である「AT」とを両方マスクする。これにより、後の処理においてこのＤＮＡマーカーの配列にはマイクロサテライト以外の繰り返し配列が含まれないと判定されることとなる。これは、「AT」の繰り返し回数が変化することにより生じるノイズピークも、マイクロサテライト部分の繰り返し回数が変化することにより生じるノイズピーク（Stutterピーク）も同じ塩基長の位置に現れるので、複合波形データであると判定する必要はないからである。
【００５３】
続いて、図６のステップ６０２でユーザが設定した条件を取得する（ステップ９０２）。具体的には、図７に示す画面でユーザがチェックボックス７０４及びプルダウンメニュー７０５で指定した内容、すなわち、マイクロサテライト以外の繰り返し配列に関して、塩基長ごとに設定された繰り返し回数の閾値を取得する。取得したユーザ設定条件から、ＤＮＡマーカーの配列に適用するためのマッチング条件を生成する（ステップ９０３）。例えば、塩基長が１塩基で繰り返し回数の閾値が１０回という条件が設定されている場合には、Aの10回以上の繰り返し、Tの10回以上の繰り返し、Gの10回以上の繰り返し、Cの10回以上の繰り返しというマッチング条件が生成されることになる。塩基長が２塩基で繰り返し回数が１０回という条件が設定されている場合には、AT，AC，AG，TA，TC，TG，CA，CT，CG，GA，GT，GCのいずれかの10回以上の繰り返しというマッチング条件が生成されることになる。
【００５４】
ステップ９０１でマスク処理したＤＮＡマーカー配列がステップ９０３で生成されたマッチング条件に適合するかどうかを判定する（ステップ９０４）。例えば、マッチング条件が「A，T，G，Cのいずれかの10回以上の繰り返し」である場合には、図１０（ａ）に示すマスク後の配列「…ATNNNNNNNNNNNNCTGGGGGGGGGGGGGGGCG……」は、このマッチング条件に適合することになる。マッチング条件に適合するということは、そのＤＮＡマーカーが複合ピーク波形を生じるものであるということである。このマッチング処理の結果は、波形データのデータ構造体MarkerData[]の複合ピーク波形フラグに保存される（ステップ９０５）。ＤＮＡマーカー配列がマッチング条件に適合した場合には、複合ピーク波形フラグをtrueとし、適合しなかった場合には複合ピーク波形フラグをfalseとする。
【００５５】
図１１は、図６に示すフローチャートにおける複合ピーク波形に対するピーク判定処理（ステップ６０４）を詳細に示すフローチャートである。図１１において、まず、ステップ６００で取得したＤＮＡマーカーの波形データに予め設定してある基本波形を当てはめる（ステップ１１００）。当てはめられた基本波形のピーク高さとの差が最大となるピークをPmax’とする（ステップ１１０１）。次に、選択されたPmax’の位置と、基本波形の当てはめで１つめの真のピークとしたピークの位置との間の距離がマイクロサテライトのunit長未満であるかどうかを判定する（ステップ１１０２）。例えば、unit長が４塩基であり、基本波形の当てはめで真のピークを当てはめた位置が１００塩基であった場合には、選択されたPmax’の位置が９７塩基〜１０３塩基であるかどうかによって、以降の処理が分岐することになる。１つめの真のピークとPmax’との距離がunit長と同じかそれより長に場合には、Pmax’の位置を２つ目の真のピークとしてさらに基本波形を当てはめる（ステップ１１０３）。
【００５６】
ステップ１１０２において、１つめの真のピークとPmax’との距離がunit長未満であるには、さらに、波形データ中の全てのピークについて、波形データのピークの高さと当てはめた基本波形のピーク高さとの差を計算し、その値がPmax’におけるピーク高さの差よりも小さいピークがあるかどうかを判定する（ステップ１１０４）。そのようなピークがない場合には、２つ目の基本波形の当てはめは行わずに真のピーク判定処理に進む。波形データ中に、基本波形とのピーク高さの差がPmax’のそれよりも小さいピークがある場合には、その高さの差の値が最も大きいピークを選び、これをPmax’として再定義し、ステップ１１０２に戻る（ステップ１１０５）。このようにしてステップ１１０２〜ステップ１１０５で１つ又は２つの基本波形の当てはめを行った後、その結果に基づいて真のピークを判定する（ステップ１１０６）。尚、ステップ１１０３において２つ目の基本波形を当てはめた場合には、基本波形を１つ当てはめた場合と２つ当てはめた場合とを比較して、当てはまり具合のよい方を採用する（ホモ接合体かヘテロ接合体かを決定する）のは、従来技術のピーク判定手法と同様である。また、ステップ１１００，１１０１，１１０３，１１０６等における処理は、上記した従来技術と同様にして実行される。
【００５７】
図１２〜図１４は、図１１に示すフローチャートに従って実際にＤＮＡマーカーの波形データを解析する手順を示す図である。ここでは、マイクロサテライトのunit長を４塩基とし、基本波形では真のピークが最も高いピークであるものとする。図１２では、塩基長１００の位置にPmaxをとって基本波形の当てはめを行うと、塩基長１０８の位置にPmax’をとることになり、１つの目の真のピークと推定したピーク（すなわちPmax）とPmax’との間の距離がunit長よりも大きいので、図１１のステップ１１０２からステップ１１０３へと進み、Pmax’に２つ目の基本波形を当てはめている。２つの基本波形の当てはまり具合から、この波形データにおいて、塩基長１００におけるピークと塩基長１０８におけるピークとが真のピークであると判定される。
【００５８】
図１３では、塩基長１００の位置にPmaxをとって基本波形の当てはめを行うと、塩基長９９の位置にPmax’をとることになり、１つの目の真のピークと推定したピーク（すなわちPmax）とPmax’との間の距離がunit長以内であるから、図１１のステップ１１０２からステップ１１０４，１１０５へと進み、基本波形とのピーク高さの差が次に大きい塩基長１０１の位置のピークを新たなPmax’に再設定する。ところが、この新たなPmax’もPmax との距離がunit長以内であるので、ステップ１１０２からステップ１１０４へと進み他のピークを探すが、波形データ中に、基本波形とのピーク高さの差がPmax’のそれよりも小さいピークがもはや存在しないので、１つ目の基本波形を当てはめたのみで、ピーク判定処理へと進む。
【００５９】
図１４では、塩基長１００の位置にPmaxをとって基本波形の当てはめを行うと、塩基長９９の位置にPmax’をとることになる。１つの目の真のピークと推定したピーク（すなわちPmax）とPmax’との間の距離がunit長以内であるから、図１１のステップ１１０２からステップ１１０４，１１０５へと進み、基本波形とのピーク高さの差が次に大きい塩基長１０８の位置のピークを新たなPmax’に再設定する。この新たなPmax’はPmax との距離がunit長よりも大きいので、ステップ１１０２からステップ１１０３へと進み、Pmax’に２つ目の基本波形を当てはめている。２つの基本波形の当てはまり具合から、この波形データにおいて、塩基長１００におけるピークと塩基長１０８におけるピークとが真のピークであると判定される。
【００６０】
図１２〜図１４に示す手順によりＤＮＡマーカーの波形データの解析を行った際のピーク判定結果の表示画面の例を、それぞれ、図１５〜図１７に示す。このように、ＤＮＡマーカーの波形データと配列の両方を表示することにより、ユーザは単にピーク判定結果を受け取るのみならず、ノイズピークの原因となる配列を容易に確認することができる。これは、ユーザが、ＤＮＡマーカーの配列と現れる波形との関係についての知見を得るのにも役立つ。
【００６１】
図１２〜図１７に示す本実施形態の遺伝子情報表示システムによるピーク判定結果と、図２６及び図２７に示す従来技術のピーク判定手法によるピーク判定結果と比較すると、本実施形態の遺伝子情報表示システムでは、Stutterピークと+Aピーク以外のノイズピークの出現によりピークを誤判定してしまうという従来技術の問題点が解消されており、ＤＡＮマーカーがホモ接合体であるかヘテロ接合体であるかに関わらず、真のピークを正しく判定することが可能であることが分かる。尚、図１２〜図１７では、真のピークが他のノイズピークよりも高い基本波形を用いているが、+Aピークが真のピークよりも高く現れるＤＡＮマーカーを解析対象とする場合には、そのような基本波形を用いればよい。これにより、１番高いピークが真のピークであるかノイズピークであるかを問わず、正しくピーク判定を行うことができる。
【００６２】
以上、本発明の遺伝子情報の表示方法及び表示装置について、具体的な実施の形態を示して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上記各実施形態又は他の実施形態にかかる発明の構成及び機能に様々な変更・改良を加えることが可能である。
【００６３】
尚、本発明の遺伝子情報の表示方法及び表示装置は、疾患などの表現型に関与する遺伝子の探索を目的とする個体の遺伝子型推定技術に応用することができるほか、疾患以外の表現型に関与する遺伝子の探索を目的とする個体の遺伝子型推定技術・DNA鑑定における遺伝子型推定技術などについても応用可能である。また、ヒトのみならず農産物・水産物などの遺伝子を対象とすることができる。
【００６４】
また、上記の説明では、ＰＣＲで増幅したマーカーＤＮＡ断片を電気泳動する場合について述べたが、これ以外の実験手法にも本発明を応用することは可能である。例えば、ＰＣＲ増幅産物をレーザー光照射によりイオン化し質量を決定するMALDI-TOF-MS（Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time Of Flight Mass Spectrometry、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析計）において得られる波形データの解析においても、本発明の遺伝子情報の表示方法及び表示装置を用いて、ノイズピークを適切に処理することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の遺伝子情報の表示方法及び表示装置は、例えば、実験データ解析装置として用いられるパーソナルコンピュータなどに実装されて利用され得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態として構築される遺伝子情報表示システムの内部構成を概略的に示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示す遺伝子情報表示システムのデータメモリに含まれる波形データのデータ構造を示す図である。
【図３】図１に示す遺伝子情報表示システムのデータメモリに含まれる波形データのデータ構造を示す図である。
【図４】図１に示す遺伝子情報表示システムのデータメモリに含まれる波形データのデータ構造を示す図である。
【図５】図１に示す遺伝子情報表示システムのデータメモリに含まれる配列データのデータ構造を示す図である。
【図６】図１に示す遺伝子情報表示システムにおいて、ＤＮＡマーカーの波形データに対してピーク判定を行う処理全体の流れを示すフローチャートである。
【図７】ユーザに繰り返し配列に関する条件の入力を促すために表示装置にユーザインタフェース画面を示す図である。
【図８】ピーク判定処理の結果として、波形データのグラフ及びピーク判定結果を表示する画面の例を示す図である。
【図９】図６に示すフローチャートにおける複合ピーク波形発生の判定処理（ステップ６０３）を詳細に示すフローチャートである。
【図１０】図１０に示すフローチャートにおけるＤＮＡマーカーの配列中のマイクロサテライト部分をマスクする処理（ステップ９０１）の具体的態様を示す図である。
【図１１】図６に示すフローチャートにおける複合ピーク波形に対するピーク判定処理（ステップ６０４）を詳細に示すフローチャートである。
【図１２】図１１に示すフローチャートに従って実際にＤＮＡマーカーの波形データを解析する手順を示す図である。
【図１３】図１１に示すフローチャートに従って実際にＤＮＡマーカーの波形データを解析する手順を示す図である。
【図１４】図１１に示すフローチャートに従って実際にＤＮＡマーカーの波形データを解析する手順を示す図である。
【図１５】図１２に示す手順によりＤＮＡマーカーの波形データの解析を行った際のピーク判定結果の表示画面の例を示す図である。
【図１６】図１３に示す手順によりＤＮＡマーカーの波形データの解析を行った際のピーク判定結果の表示画面の例を示す図である。
【図１７】図１４に示す手順によりＤＮＡマーカーの波形データの解析を行った際のピーク判定結果の表示画面の例を示す図である。
【図１８】ゲノム上に表れるマイクロサテライトについて説明する図である。
【図１９】ＰＣＲ及び電気泳動により、マイクロサテライト部分のＤＮＡ断片を抽出し増幅する実験手順を模式的に示す図である。
【図２０】ＰＣＲ及び電気泳動の実験過程で生じる代表的なノイズである、Stutterピークと+Aピークについて説明する図である。
【図２１】ＤＮＡ断片の電気泳動実験から得られる蛍光分析結果の波形データに対して、ノイズピークの現れ方をモデル化した波形を用いてノイズピークを判別する従来技術の手法を説明する図である。
【図２２】ＤＮＡ断片の電気泳動実験から得られる蛍光分析結果の波形データに対して、ノイズピークの現れ方をモデル化した波形を用いてノイズピークを判別する従来技術の手法を説明する図である。
【図２３】ＤＮＡ断片の電気泳動実験から得られる蛍光分析結果の波形データにおいて真のピークよりも高い+Aピークが出現する例を示す図である。
【図２４】ＤＮＡ断片の電気泳動実験から得られる蛍光分析結果の波形データにおいて、Stutterピークと+Aピーク以外のノイズピークが現れる例を示す図である。
【図２５】ＤＮＡ断片の電気泳動実験から得られる蛍光分析結果の波形データにおいて、Stutterピークと+Aピーク以外のノイズピークが現れる例を示す図である。
【図２６】従来技術によるピーク判定方法の問題点を説明する図である。
【図２７】従来技術によるピーク判定方法の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
【００６７】
１００  波形データＤＢ
１０１  配列データＤＢ
１０２  表示装置
１０３  キーボード
１０４  ポインティングデバイス（マウス）
１０５  中央処理装置
１０６  プログラムメモリ
１０７  データメモリ
１０８  波形データ読み込み部
１０９  配列データ読み込み部
１１０  ユーザ条件設定部
１１１  複合ピーク波形判定部
１１２  ピーク判定部
１１３  表示処理部
１１４  波形データ
１１５  配列データ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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