TarBio - Software Analisi Purezza Genetica

Applicazione desktop per calcolare similarità genetica e purezza di campioni di laboratorio contro database genotipo × marcatore. Con visualizzazione heatmap ed export Excel/JSON.

SOFTWARE DI IDENTIFICAZIONE GENOTIPO E PUREZZA

Riepilogo

Il Software di Identificazione Genotipo e Purezza (Software TarBio di Purezza Genetica) è una soluzione applicativa desktop sviluppata per calcolare la somiglianza genetica e la purezza dei campioni di laboratorio rispetto ai database genotipo × marcatore. Il software consente il confronto dei campioni con i genotipi di riferimento, la rilevazione dei gruppi di somiglianza tra genotipi e la generazione di matrici di somiglianza a coppie (heatmap). I risultati vengono presentati sia numericamente che visivamente (grafici/heatmap); possono anche essere esportati in Excel/JSON.

Parole chiave: genotipo, marcatore, analisi di purezza, analisi di somiglianza, impronta digitale, heatmap

1. Introduzione

La verifica della varietà e la determinazione della purezza genetica nel materiale vegetale/organismo sono di importanza critica nella produzione di semi, studi di miglioramento genetico e controllo qualità. Questo software automatizza il confronto dei dati dei marcatori ottenuti in laboratorio (es. SSR/STR, ecc.) con i genotipi di riferimento predefiniti, producendo risultati rapidi e riproducibili.

2. Obiettivi e Requisiti del Software

Creazione e modifica di database genotipo × marcatore
Capacità di memorizzare tutti i marcatori e genotipi necessari (architettura scalabile)
Inserimento di nuovi dati campione e confronto automatico di ogni campione con tutti i genotipi di riferimento
Calcolo della percentuale di corrispondenza; anche raggruppamento dei genotipi perfettamente corrispondenti
Generazione di matrici di somiglianza a coppie e creazione di heatmap
Importazione/esportazione dati in formato Excel/JSON
Interfaccia user-friendly: nomi dei genotipi, nomi dei marcatori e valori dei marcatori devono essere facilmente modificabili

3. Metodologia (Algoritmi)

3.1. A — Analisi di Purezza della Varietà

Input: un campione e genotipi di riferimento (lista genotipi) nel database
Metodo: Vengono selezionati i marcatori non nulli (presenti) nel campione. Per ogni genotipo di riferimento, viene effettuato il confronto con i valori dei marcatori agli stessi indici. Viene contato il numero di marcatori corrispondenti. Percentuale di corrispondenza = (marcatori_corrispondenti / marcatori_totali_confrontati) × 100. I risultati vengono ordinati dalla percentuale di corrispondenza più alta alla più bassa.
Nota: Se non ci sono marcatori validi nel campione da confrontare, l'analisi non può essere eseguita.

3.2. B — Analisi di Somiglianza tra Varietà

Input: lista di tutti i genotipi
Metodo (Tecnica Fingerprint): I valori dei marcatori di ogni genotipo vengono convertiti in una stringa (i valori nulli sono rappresentati con 'N'). I genotipi con esattamente la stessa stringa vengono raggruppati — questo fornisce gruppi con 100% di somiglianza. Dai gruppi risultanti, il gruppo più grande simile e altri gruppi simili vengono separati dai genotipi unici (singleton).
Inoltre, può essere generata una matrice calcolando la percentuale di somiglianza sui marcatori comuni riempiti tra ogni coppia di genotipi (per l'heatmap).

3.3. Matrice di Somiglianza a Coppie

Per ogni coppia di genotipi, vengono confrontati solo i marcatori riempiti in entrambi i genotipi. Viene calcolato il rapporto dei marcatori corrispondenti al numero di marcatori comunemente confrontabili e convertito in percentuale. Se non ci sono marcatori comuni riempiti, la somiglianza viene assunta come 0. L'output può essere utilizzato come lista di somiglianza a coppie o matrice NxN.

4. Interfaccia e Flusso di Lavoro (Scenario d'Uso)

Schermata iniziale: Nome del software, breve descrizione, caricamento origine dati (Excel/JSON), selezione tipo di analisi
Gestione database: Il numero di genotipi, nomi dei genotipi, numero di marcatori, nomi dei marcatori e valori dei marcatori per ogni genotipo sono modificabili. L'aggiunta/rimozione di marcatori e genotipi deve essere dinamica.
Gestione campioni: Possono essere aggiunti più campioni, ciascuno regolato in base al numero di marcatori nel database.
Selezione analisi: "Purezza della Varietà" o "Somiglianza della Varietà"
Risultati:
Purezza: Percentuali di corrispondenza ordinate per genotipi di riferimento per ogni campione
Somiglianza: Gruppi esattamente corrispondenti (gruppi fingerprint), gruppo più grande, genotipi unici
Heatmap: Visualizzazione creata usando la somiglianza a coppie
Esportazione: Excel (struttura tabella appropriata) e JSON. Il supporto report PDF è opzionale.

5. Protocollo di Validazione e Test

Test unitari:
Analisi di purezza: campione con alcuni marcatori nulli vs. riferimenti completamente riempiti. Confronto con le percentuali attese.
Analisi di somiglianza: set di genotipi esattamente e parzialmente corrispondenti.
Test di integrazione: Test del flusso di caricamento dati tramite UI -> esecuzione analisi -> esportazione.
Validazione con dati reali: I risultati dei campioni dal laboratorio devono essere confrontati con i riferimenti noti.

6. Risultati e Discussione

Il software accelera le analisi di routine come la verifica del genotipo e la valutazione della purezza riducendo l'errore umano. L'analisi solo dei marcatori comuni riempiti per i campioni con dati parziali fornisce metriche affidabili anche in situazioni di dati mancanti. Il metodo fingerprint è un approccio semplice e potente per la rilevazione di corrispondenze esatte; tuttavia, potrebbero essere necessarie statistiche aggiuntive (es. pesi specifici, soglie di punteggio di somiglianza) per interpretare le somiglianze parziali.

7. Miglioramenti Futuri

Punteggio più avanzato per corrispondenze parziali (es. somiglianza di Jaccard, ponderazione della somiglianza)
Report di intervalli di confidenza statistici e tolleranza all'errore
Analisi batch di campioni multipli e integrazione clustering (gerarchico/k-means)
Automazione report e integrazione sistemi di gestione informazioni di laboratorio (LIMS)

8. Guida Utente dell'Applicazione (Breve)

Creare database: Determinare il numero di genotipi e marcatori; inserire nomi dei genotipi e nomi dei marcatori; aggiungere valori dei marcatori per ogni genotipo.
Aggiungere campioni: Aggiungere tante righe quante sono i campioni e inserire i valori dei marcatori.
Selezionare analisi: "Purezza" o "Somiglianza". Quando si seleziona "Purezza", viene effettuato un confronto con i riferimenti per ogni campione. Quando si seleziona "Somiglianza", i genotipi vengono separati in gruppi esattamente corrispondenti e/o viene calcolata la somiglianza a coppie.
Esaminare i risultati, visualizzare in formato grafico e tabella, esportare in Excel/JSON secondo necessità.