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对铺展并经旋转喷镀处理的 DNA 分子进行电子显微镜观察，可以直接读取 DNA 结构信息，对于研究复制、重组和修复中间体仍具有独特价值。然而，定量电子显微镜分析受到两方面限制：具有生物学信息的结构较为罕见，以及专家操作人员需要耗费大量时间检查数量极其庞大的分子。自动化图像采集与拼接技术扩大了电子显微镜数据集的规模，但也使主要瓶颈从图像采集转移到了图像分析。标准图像分割工具和机器学习方法无法在旋转喷镀形成对比度的 DNA 分子电子显微图像中忠实地保持分子的连续性。在此，我们介绍 DNA2Graph，这是一款用于从电子显微镜图像中分割 DNA 分子的开源软件。DNA2Graph 并不将分割视为纯粹的像素级任务，而是将每个分子表示为空间节点—边图。该软件应用专门的基于图的误差校正算法，修复分割过程中产生的信号中断和伪连接，同时强制遵循连续性和细长性这两项生物学先验。DNA2Graph 可将分子分类为线性或非线性分子，从而将大规模成像数据集转化为供操作人员复核的候选结构列表。我们利用两个基因组 DNA 数据集对 DNA2Graph 进行了验证：一个结构贫乏、未经富集的人类样本，以及一个结构丰富的酵母样本。DNA2Graph 分别将需要操作人员复核的分子数量减少了 45 倍和 7 倍。此外，与不借助软件的图像复核相比，借助 DNA2Graph 的复核略微提高了操作人员检测结构的敏感性。该软件还支持对单个 DNA 分子进行自动长度测量，并生成机器可读的输出，以供后续定量分析和计算分析使用。DNA2Graph 无需使用人工标注数据进行训练，可在个人计算机上运行，并且能够通过具有可解释性的参数适配不同的实验制备流程。
对铺展并经旋转喷镀的 DNA 分子进行电子显微镜观察，可以直接读取 DNA 结构信息，对于研究复制、重组和修复中间体仍具有独特价值。然而，定量电子显微镜分析受到具有生物学信息结构的稀少性，以及专家操作人员检查大量分子所需时间的限制。自动化图像采集与拼接技术扩大了电子显微镜数据集的规模，但也使主要瓶颈从图像采集转移到了图像分析。标准图像分割工具和机器学习方法无法在旋转喷镀成像的 DNA 分子电子显微图像中忠实地保持分子的连续性。在此，我们介绍 DNA2Graph，一款用于从电子显微镜图像中分割 DNA 分子的开源软件。DNA2Graph 并不将分割视为纯粹的像素级任务，而是将每个分子表示为空间图，其中包含节点和边。该软件应用专门的基于图的误差校正算法，修复分割过程中产生的信号中断和异常连接，同时遵循连续性和细长性这两项生物学先验。DNA2Graph 将分子分类为线性或非线性分子，从而将大规模成像数据集转换为供操作人员复核的候选结构清单。我们在两组基因组 DNA 数据集上验证了 DNA2Graph：一组为结构较少、未经富集的人类样本，另一组为结构丰富的酵母样本。DNA2Graph 分别将需要操作人员复核的分子数量减少了 45 倍和 7 倍。此外，与无辅助的图像复核相比，借助 DNA2Graph 的复核略微提高了操作人员检测结构的敏感性。该软件还支持对单个 DNA 分子进行自动长度测量，并生成可供机器读取的输出结果，以便开展后续定量分析和计算分析。DNA2Graph 无需使用人工标注数据进行训练，可在个人计算机上运行，并且能够通过具有可解释性的参数适配不同的实验制备方案。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.05.742986v1?rss=1
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