本发明涉及一种收敛式dna自组装索引体系的构建方法及应用，尤其涉及利用dna纳米技术对结构进行设计，构建精确可控的功能纳米数据存储检索基元体系，并应用于信息等领域，属于dna纳米。
背景技术：
1、近年，基于dna作为数字信息存储介质方面取得了重大进展。研究者通过将数字信息编码成dna序列来进行存储，需要通过对dna序列进行测序读取并还原为数字信息。但dna从头合成的成本昂贵以及测序时间较长限制了dna信息存储的进一步发展。与此同时，利用dna纳米技术辅助信息展示已经发展为了纳米领域与信息存储交叉领域的热点。
2、经过四十多年发展的dna纳米技术，允许人们利用碱基互补配对的特质，使精确设计的数百至数千条dna链自组装成所需的二维或三维结构。通过精细设计这些dna链的序列，可使合成以自动化的方式完成，最终实现对其所需组装的精细控制，从而获得纳米级形状和图案的构建。而这些dna组装纳米结构经过精准修饰和功能化，可以在生物、医学、材料、化学等领域发挥广泛的应用。
3、随着基于dna的信息存储技术的不断发展，dna为载体的信息快速归类与检出的需求日益增加，因此需要开发低成本高效率的信息索引体系。通过dna纳米技术构建特征结构并指征相应数据类型或数据库，是构建索引系统的有效方式。而特定结构的dna自组装体还可直接通过超分辨荧光显微镜，快速扫描原子力显微镜以及高分辨电子显微镜等方法进行大批量快速读取，实现直观与便捷地指征数据。并且根据存储结构的设计和物理属性，可以实行多种类型的表征，比较不同读出方法的结果可以识别每种模式中的系统偏差，从而产生一个反馈周期，从而对结构进行改进和重新表征。
4、dna纳米结构的组装主要有两种方式：包括基于小型组装模块(瓦片)的瓦片式组装，以及基于长链环ssdna模板的折纸术组装，两类组装方式各有优缺点。首先，近十几年长足发展的dna折纸术虽然可以精准设计构建任意形貌的一维至三维结构，但是其结构相对固定，难于实现系统性结构变化，如果成体系的进行结构设计与改造，其成本将随着索引数目的需求不断上升。相反的，瓦片式组装所涉及的dna数目较少，仅需要最少两条，最多十余条dna即可构建一个瓦片模块，进而利用瓦片本身携带的粘性末端和结构特性进行更大结构的生长，成本极低。然而，传统的dna瓦片结构所组装的结构大多为周期性的无限延伸的dna纳米至微米结构，若以有限、特异性的结构组装为目的，就需要对dna瓦片进行多种不同的设计及修饰，提高了复杂性降低了效率。因此，将两类dna自组装方式的长处相结合，利用单一的折纸结构作为基序以限制成本，利用基序上的索引信息指导一种瓦片分子进行收敛式有限组装，形成唯一结构，从而构建一种可视化的索引体系，具有极大的创新性和实用性。这类基于同种dna瓦片结构基元在dna折纸基序上实现动态组装，完成二进制信息存储与展示的方法未见报道。
技术实现思路
1、本发明的目的是：为了简便快捷地获得一系列彼此可分辨的，基于二进制数据的dna自组装结构，提供一种以dna纳米折纸结构作为二进制数字基序，以dna瓦片结构作为组装基元，利用折纸基序上粘性末端组的存在状况的不同，通过添加上下两个方向上粘性末端组经特定编辑的dna瓦片结构，使得瓦片结构在含有信息的折纸基序上进行收敛式组装，最终构建一种收敛式dna自组装索引体系。
2、为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：
3、第一方面，本技术提供一种收敛式dna自组装索引体系，采用如下的技术方案：
4、一种收敛式dna自组装索引体系，包括dna折纸基序结构和dna瓦片结构，所述dna折纸基序结构具有多个可编程位点，每个所述可编程位点均可指征二进制状态，所述dna瓦片结构基于所述可编程位点的二进制信息在所述dna折纸基序结构上进行收敛式组装。
5、dna折纸基序结构上可编程位点的数量记为n(n为正整数)，则所述收敛式dna自组装索引体系能够存储最多2n种二进制信息数据。
6、进一步地，收敛式dna自组装索引体系包括以工程化m13噬菌体基因组(p7560，7560nt)序列为构建基础构建的dna折纸基序结构，在所述dna折纸基序结构上定义12个可编程位点，通过在每个可编程位点(dna短链)设计一组粘性末端来表征二进制信息(0或1)，粘性末端的种类包括a、b、c、d，可编程位点的粘性末端包括以下几种可能的情况：
7、①同时带有粘性末端a、b、c、d；
8、②仅带有粘性末端a、b、c、d中的任意一种；
9、③仅带有粘性末端a、b、c、d中的任意两种；
10、④仅带有粘性末端a、b、c、d中的任意三种；
11、⑤均不带有粘性末端a、b、c、d；
12、其中，当可编程位点的粘性末端为①时，所代表的信息为“1”；当dna折纸基序的上端处的dna短链的粘性末端为②、③、④、⑤时，所代表的信息为“0”。
13、更进一步的，当可编程位点同时带有粘性末端a、b、c、d时，粘性末端存在顺序为a,b,c,d。
14、进一步地，收敛式dna自组装索引体系还包括带有粘性末端的dna瓦片结构，所述dna瓦片结构上端的粘性末端存在顺序为d,c,b,a；dna瓦片结构下端的粘性末端存在顺序为a’,b’,c’,d’，且a’,b’,c’,d’与a,b,c,d互补配对。
15、进一步地，所述收敛式组装过程为：由于含有信息“1”的dna折纸基序上存在粘性末端为a,b,c,d，可与dna瓦片结构下端的粘性末端a’,b’,c’,d’互补配对，因此dna瓦片结构能在dna折纸基序上生长，又因为dna瓦片结构上端的粘性末端存在顺序为d,c,b,a，无法与结构下端的粘性末端互补配对，但当dna折纸基序上含有两个及以上连续出现的信息“1”时，相邻的两个dna瓦片结构生长在dna折纸基序上，构成了一组存在顺序为a,b,c,d的粘性末端，因此第三个瓦片可在这两个相邻瓦片上生长，这样的生长方式呈现收敛式，不会出现瓦片无限生长的情况。
16、第二方面，本技术提供一种上述第一方面所述的收敛式dna自组装索引体系的构建方法，采用如下的技术方案：
17、一种收敛式dna自组装索引体系的构建方法，包括以下步骤：
18、(一)dna折纸基序结构的构建
19、步骤1-1：设计dna折纸基序结构，该步骤可利用2d/3d图像呈现所述结构示意图，然后运用dna纳米结构专业设计软件cadnano、对dna 基序进行设计；输入p7560单链核酸序列作为构建基础，借助软件生成订书钉链序列导出，进行序列合成；
20、步骤1-2：在步骤1-1的基础上进一步构建dna折纸基序结构的变体，合成含有不同信息(不同粘性末端存在状态)的折纸基序，折纸基序的信息是通过在dna折纸基序的上端处的dna短链设计不同粘性末端来表征；
21、进一步地，步骤1-2中，在dna折纸基序的上端处的dna短链设计不同粘性末端，粘性末端的种类包括a、b、c、d，dna短链的粘性末端包括以下几种可能的情况：
22、①同时带有粘性末端a、b、c、d；
23、②仅带有粘性末端a、b、c、d中的任意一种；
24、③仅带有粘性末端a、b、c、d中的任意两种；
25、④仅带有粘性末端a、b、c、d中的任意三种；
26、⑤均不带有粘性末端a、b、c、d；
27、其中，当dna折纸基序的上端处的dna短链的粘性末端为①时，所代表的信息为“1”；当dna折纸基序的上端处的dna短链的粘性末端为②、③、④、⑤时，所代表的信息为“0”。
28、进一步地，dna折纸基序上存在12处可设计粘性末端的dna短链。
29、进一步地，当dna折纸基序的上端处的dna短链同时带有粘性末端a、b、c、d时，粘性末端存在顺序为a,b,c,d。
30、步骤1-3：对步骤1-2构建的dna折纸基序结构进行结构组装和纯化，利用超速离心、超滤浓缩法获得结构单体，去除未结合的订书钉链以及二聚体、多聚体等杂质；
31、(二)dna瓦片结构的构建
32、步骤2-1：设计dna瓦片结构，该步骤可利用2d/3d图像呈现所述结构示意图，然后运用dna纳米结构专业设计软件tiamat对dna瓦片结构进行设计；定义粘性末端，将软件生成的dna序列导出，进行序列合成；
33、进一步地，步骤2-1中，定义dna瓦片结构上端的粘性末端存在顺序为d,c,b,a；dna瓦片结构下端的粘性末端存在顺序为a’,b’,c’,d’，且a’,b’,c’,d’与a,b,c,d互补配对。
34、步骤2-2：对步骤2-1构建的dna瓦片结构进行结构组装和纯化，利用超速离心、超滤浓缩法获得结构单体，去除未结合的dna链以及二聚体、多聚体等杂质；
35、(三)收敛式dna自组装索引体系的构建
36、步骤3-1，将步骤1-3得到的dna折纸基序结构和步骤2-2得到的dna瓦片结构混合孵育，使其完成收敛式组装，得到收敛式dna自组装索引体系。
37、进一步地，还包括对步骤1-3与2-2中纯化合成好的dna折纸基序与dna瓦片结构，分别应用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳与琼脂糖凝胶电泳对结构进行初步鉴定。
38、进一步地，还包括在dna折纸基序结构表面建立荧光修饰位点的步骤；
39、更进一步地，在dna折纸基序结构表面建立4组可修饰位点，每组修饰位点含有3条在dna折纸基序上延伸出的接枝链，且4组可修饰位点形成“l”形图案。
40、进一步地，还包括对步骤3-1孵育完成的结构使用原子力显微镜或超分辨荧光显微镜，对孵育后的结构的大小、完整性，以及是否符合设计进行评估，以完成信息的展示。
41、第三方面，本技术提供上述第一方面所述的收敛式dna自组装索引体系以及上述第二方面所述的构建方法在dna信息存储与索引展示、dna计算中的应用。
42、本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
43、(1)本发明提供了一种有限的dna纳米形状制备方法，与现有的dna瓦片自组装形成有限纳米结构的方法相比，具有设计简易性，精确组装性等优势；
44、(2)上述dna瓦片结构可在dna折纸基序上进行收敛式动态组装，根据dna折纸基序上粘性末端的存在状态，使用0或1进行定义，不同0/1状态的收敛式组装结构也会有所不同，从而完成信息在dna纳米结构上的展示。由于折纸基序上共有12个可编程位点，因此运用本体系最大可实现212种数据的索引。
1.一种收敛式dna自组装索引体系，其特征在于，包括dna折纸基序结构和dna瓦片结构，所述dna折纸基序结构具有多个可编程位点，每个所述可编程位点均可指征二进制状态，所述dna瓦片结构基于所述可编程位点的二进制信息在所述dna折纸基序结构上进行收敛式组装。
2.权利要求1所述的收敛式dna自组装索引体系的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的构建方法，其特征在于，步骤1-3中，在dna折纸基序的上端处的dna短链设计不同粘性末端，粘性末端的种类包括a、b、c、d，dna短链的粘性末端包括以下几种可能的情况：
4.根据权利要求3所述的构建方法，其特征在于，dna折纸基序上存在12处可设计粘性末端的dna短链。
5.根据权利要求3所述的构建方法，其特征在于，当dna折纸基序的上端处的dna短链同时带有粘性末端a、b、c、d时，粘性末端存在顺序为a,b,c,d。
6.根据权利要求5所述的构建方法，其特征在于，步骤2-1中，定义dna瓦片结构上端的粘性末端存在顺序为d,c,b,a；dna瓦片结构下端的粘性末端存在顺序为a’,b’,c’,d’，且a’,b’,c’,d’与a,b,c,d互补配对。
7.根据权利要求2所述的构建方法，其特征在于，还包括在dna折纸基序结构表面建立荧光修饰位点的步骤。
8.根据权利要求7所述的构建方法，其特征在于，在dna折纸基序结构表面建立4组可修饰位点，每组修饰位点含有3条在dna折纸基序上延伸出的接枝链，且4组可修饰位点形成“l”形图案。
9.权利要求1所述的收敛式dna自组装索引体系及权利要求2-8任一项所述的构建方法在dna信息存储与索引展示、dna计算中的应用。
