一种分析miRNA与mRNA相互关系的方法
专利名称一种分析miRNA与mRNA相互关系的方法
技术领域本发明属于生物技术领域，涉及到miRNA与mRNA之间相互关系研究的方面。
背景技术miRNA或称为MicroRNA，即微小核糖核酸，是一类由内源基因编码的长度约为22 个核苷酸的非编码单链RNA(核糖核酸)分子，在动物和植物中广泛表达。miRNA的大小约为21-23个碱基，已经被鉴别的miRNA大多是由具有发夹结构的约70-90个碱基大小的单链RNA前体经过Dicer (核糖核酸酶III的一种)酶加工后生成，有5’磷酸基和3’羟基， 定位于RNA前体的3’端或者5’端，广泛存在于高等生物细胞中。因之具有破坏目标特异性基因的转录产物或者诱导翻译抑制的功能，miRNA被认为在调控发育过程中有重要作用 mRNA (Messenger RNA)，即信使核糖核酸，是一类由基因转录而成的，携带有生物遗传信息、 并能以三联体读码方式指导蛋白质生物合成的RNA(核糖核酸)。它由上游的5’非编码区 (5' -UTR)、编码区和下游的3’非编码区(3' -UTR)组成，含量约占细胞RNA总量的3%
5%。生物基因经过转录生成前体mRNA，前体mRNA经剪切修饰后便成为了成熟的mRNA，它携带着生物的遗传信息进入核糖体，指导蛋白质肽链的合成，从而完成基因至蛋白质的表达过程。mRNA翻译成肽链的过程是受调控因子调控的，据研究表明，大多miRNA具有调控特定对应的mRNA翻译成蛋白质的作用。成熟的miRNA通过以碱基配对的方式结合到与它互补的mRNA位点上去，影响mRNA的翻译过程，从而实现对基因表达的调控。miRNA通过调控基因的表达，影响生物的细胞生长、组织分化等生命过程。因而， miRNA与mRNA之间相互关系的分析研究，对人类遗传学、生物学、疾病学等都具有重要的参考意义。本发明设计了一套分析方法，适用于miRNA与mRNA之间相互关系的研究。
本方法用于分析miRNA与mRNA之间的相互关系，miRNA与mRNA来源于同一个实验中差异表达的miRNA与差异表达的mRNA。该方法包括如下几个步骤步骤一、miRNA与mRNA表达谱相关性分析。步骤二、靶基因Gene Ontology分析。步骤三、靶基因pattiway分析。步骤四、基因网络分析。步骤五、miRNA-mRNA网络分析。以上方法可分析出miRNA与mRNA之间的具体调控关系、影响的基因及其功能以及基因之间、miRNA与mRNA之间的相互调控网络。
本发明所述的一种分析miRNA与mRNA相互关系的方法的实施流程图。
具体实施例方式本发明所述方法要求的miRNA与mRNA可来源于同一实验中差异表达的miRNA与差异表达的mRNA，这些miRNA与mRNA被认为存在一种调控关系，以下为本方法的具体分析过程步骤一、miRNA与mRNA表达谱相关性分析。对于实验中筛选出的差异表达的每个 miRNA和 mRNA，计算其PPC值(Pearson' s correlation coefficient，皮尔逊相关系数)， 然后对PPC进行转换，利用t-test (T测验)方法计算相关性的显著程度。最后筛选出r & 0 及ρ & 0. 05的miRNA与mRNA为具有调控关系的RNA，该mRNA被称为该miRNA的靶mRNA， 其编码基因是该miRNA的靶基因。步骤二、靶基因Gene Ontology分析。将步骤一中所有的miRNA靶基因集合，使用 R(http://www. r-project. org/)统计平台下的 GSEABase 软件包，分别向 Gene ontology 数据库的各个节点进行映射，并统计各个节点的基因数目。步骤三、靶基因pattiway分析。与步骤二类似，将步骤一中所有的miRNA靶基因集合，使用 GenMAPP v2. 1 (http
//www. genmapp. org/)软件，分别向 KEGGpathway 数据库进行映射，统计相关pattiway的信息。步骤四、基因网络分析。对所有靶基因构成的集合，通过整合以下三种不同的相互作用关系1)KEGG数据库中基因之间的蛋白互做、基因调控、蛋白修饰等关系；2)已有的高通量实验，如酵母双杂交等证实的蛋白-蛋白相互作用；3)已有文献报道的中提到的基因之间的相互作用。构建所有基因间的相互作用关系网络，并使用图形软件进行网络图展示。步骤五、miRNA-mRNA网络分析。通过整合以上分析的miRNA与mRNA之间的调控关系及靶基因之间的调控网络，构建miRNA与mRNA的调控网络，并图形化展示。以上方法可分析出，在一个实例中，具有差异表达特征的miRNA与mRNA之间的相互关系。以上是对本发明的描述而非限定，基于本发明思想的其它实施方式，均在本发明的保护范围之中。
1.本发明所述的一种分析HiiRNA与mRNA相互关系的方法，用于分析在一个实例中均差异表达miRNA与mRNA之间的调控关系，它有如下几步主要特征 步骤一、miRNA与mRNA表达谱相关性分析。 步骤二、靶基因Gene Ontology分析。 步骤三、靶基因pattiway分析。 步骤四、基因网络分析。 步骤五、miRNA-mRNA网络分析。
本发明设计了一套用于分析在一个实例中，差异表达的miRNA与mRNA之间相互关系的方法，它包括几个主要步骤步骤一，miRNA与mRNA表达谱相关性分析；步骤二，靶基因Gene Ontology分析；步骤三，靶基因pathway分析；步骤四，基因网络分析；步骤五，miRNA-mRNA网络分析。
文档编号C12Q1/68GKSQ
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者曾华宗 申请人:上海聚类生物科技有限公司油菜和大麻是两种重要的经济作物，前者是雌雄同株植物，后者是雌雄异株植物。为了培育优良作物，科学家利用二者进行了以下相关研究。资料一： 图甲表示油菜体内的 的中间代谢产物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）运输到种子后的两条转变途径。其中酶a和酶b分别由基因A和基因B控制合成。科学家根据这一机制培育出高产油 油菜，产油率由原来的35%提高到58% 。资料二 图乙表示大麻的性染色体简图。图中同源部分(Ⅰ片段)基因互为等位，非同源部分( Ⅱ1、Ⅱ2片段) 基因不互为等位。请分析资料回答问题：（1）图甲中油脂或氨基酸的合成途径，说明基因可以通过来控制代谢过程，从而影响生物性状。（2）图丙表示基因B的转录过程：图中甲为；转录过程进行的方向是。一般油菜体内只转录乙链，科学家诱导丙链也实现转录，结果形成了双链mRNA。由于该双链mRNA不能与结合，因此不能合成酶b，但细胞能正常合成酶a，所以高产油油菜的油脂产量高。 （3）研究人员在一株大麻雌株中发现了一种遗传性症状甲。将该植株与正常雄株（无亲缘关系）杂交，得到的后代植株中，表现出症状甲的均为雄性。则症状甲属于性状，控制该性状的基因位于染色体上。（4）d和e是两个位于大麻Ⅱ2片段上的隐性致死基因，即XdXd、XeXe、XdY、XeY的受精卵将不能发育。大麻雄株开花不结籽，雌株授粉后能结籽。运用杂交育种的方法，如何只得到雌性后代？请用遗传图解表示，并加以必要的文字说明（相对性状用死亡/存活表示；配子不作要求）。（5）假设某物质在两个显性基因共同存在时才能合成，基因G、g位于I片断上，另一对等位基因（F、f）位于一对常染色体上。两个不能合成该物质的亲本杂交，子一代均能合成该物质，子二代中能合成该物质、不能合成该物质的比例为9﹕7，则两个亲本的基因型为____________________________。 - 跟谁学
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在线咨询下载客户端关注微信公众号&&&分类：油菜和大麻是两种重要的经济作物，前者是雌雄同株植物，后者是雌雄异株植物。为了培育优良作物，科学家利用二者进行了以下相关研究。资料一： 图甲表示油菜体内的 的中间代谢产物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）运输到种子后的两条转变途径。其中酶a和酶b分别由基因A和基因B控制合成。科学家根据这一机制培育出高产油 油菜，产油率由原来的35%提高到58% 。资料二 图乙表示大麻的性染色体简图。图中同源部分(Ⅰ片段)基因互为等位，非同源部分( Ⅱ1、Ⅱ2片段) 基因不互为等位。请分析资料回答问题：（1）图甲中油脂或氨基酸的合成途径，说明基因可以通过来控制代谢过程，从而影响生物性状。（2）图丙表示基因B的转录过程：图中甲为；转录过程进行的方向是。一般油菜体内只转录乙链，科学家诱导丙链也实现转录，结果形成了双链mRNA。由于该双链mRNA不能与结合，因此不能合成酶b，但细胞能正常合成酶a，所以高产油油菜的油脂产量高。 （3）研究人员在一株大麻雌株中发现了一种遗传性症状甲。将该植株与正常雄株（无亲缘关系）杂交，得到的后代植株中，表现出症状甲的均为雄性。则症状甲属于性状，控制该性状的基因位于染色体上。（4）d和e是两个位于大麻Ⅱ2片段上的隐性致死基因，即XdXd、XeXe、XdY、XeY的受精卵将不能发育。大麻雄株开花不结籽，雌株授粉后能结籽。运用杂交育种的方法，如何只得到雌性后代？请用遗传图解表示，并加以必要的文字说明（相对性状用死亡/存活表示；配子不作要求）。（5）假设某物质在两个显性基因共同存在时才能合成，基因G、g位于I片断上，另一对等位基因（F、f）位于一对常染色体上。两个不能合成该物质的亲本杂交，子一代均能合成该物质，子二代中能合成该物质、不能合成该物质的比例为9﹕7，则两个亲本的基因型为____________________________。油菜和大麻是两种重要的经济作物，前者是雌雄同株植物，后者是雌雄异株植物。为了培育优良作物，科学家利用二者进行了以下相关研究。资料一： 图甲表示油菜体内的 的中间代谢产物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）运输到种子后的两条转变途径。其中酶a和酶b分别由基因A和基因B控制合成。科学家根据这一机制培育出高产油 油菜，产油率由原来的35%提高到58% 。资料二 图乙表示大麻的性染色体简图。图中同源部分(Ⅰ片段)基因互为等位，非同源部分( Ⅱ1、Ⅱ2片段) 基因不互为等位。&请分析资料回答问题：（1）图甲中油脂或氨基酸的合成途径，说明基因可以通过&&&&&&&&&&&&&&&&来控制代谢过程，从而影响生物性状。（2）图丙表示基因B的转录过程：图中甲为&&&&&&&&&&&&&&&&&&；转录过程进行的方向是&&&&&&&&&。一般油菜体内只转录乙链，科学家诱导丙链也实现转录，结果形成了双链mRNA。由于该双链mRNA不能与&&结合，因此不能合成酶b，但细胞能正常合成酶a，所以高产油油菜的油脂产量高。 （3）研究人员在一株大麻雌株中发现了一种遗传性症状甲。将该植株与正常雄株（无亲缘关系）杂交，得到的后代植株中，表现出症状甲的均为雄性。则症状甲属于&&&&&性状，控制该性状的基因位于&&&&染色体上。（4）d和e是两个位于大麻Ⅱ2片段上的隐性致死基因，即XdXd、XeXe、XdY、XeY的受精卵将不能发育。大麻雄株开花不结籽，雌株授粉后能结籽。运用杂交育种的方法，如何只得到雌性后代？请用遗传图解表示，并加以必要的文字说明（相对性状用死亡/存活表示；配子不作要求）。（5）假设某物质在两个显性基因共同存在时才能合成，基因G、g位于I片断上，另一对等位基因（F、f）位于一对常染色体上。两个不能合成该物质的亲本杂交，子一代均能合成该物质，子二代中能合成该物质、不能合成该物质的比例为9﹕7，则两个亲本的基因型为____________________________。科目:难易度:教材: 高中生物苏教版最佳答案（1）控制酶的合成（2）RNA聚合酶&&&向左（←）&核糖体（3）隐性&X（4）符号（P. F.↓.×），亲本表现性和基因型，子代表现型.基因型说明：F1中雌性均成活，雄性均死亡（5）FFXgYg&&&ffXGXG&&或&&&FFXgXg&&&&ffXGYG（答对一个答案即可得分）解析试题分析：基因控制生物性状的途径有两个，一是通过控制蛋白质分子结构直接控制生物的性状，二是通过控制酶的合成，来控制代谢过程，从而影响生物性状。转录是在细胞核内，以DNA一条链为模板，按照碱基互补配对原则，在RNA聚合酶的催化下，合成信使RNA 的过程。由于丁是已形成的信使RNA，所以转录过程是向左进行；而翻译是在细胞质的核糖体中，以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。双链mRNA不能与核糖体结合，因此不能合成酶b。判断控制生物性状的基因在常染色体还是在X 染色体上，主要是看子代雌雄发病率是否相同，前者所生子代雌雄发病率相同，后者不同。由于有遗传性症状甲的植株与正常雄株杂交得到的后代植株中，表现出症状甲的均为雄性，所以控制该性状的基因位于X染色体上，且为隐性基因。根据题意和图示分析可知：XdXd、XeXe、XdY、XeY的受精卵将不能发育，现要通过杂交育种，只得到雌性后代，而雄性后代都要死亡，所以只能用XdEXDe雌性和XDEY雄性杂交，具体过程见答案图解。由于某物质在两个显性基因共同存在时才能合成，所以能产生该物质的基因组成可能有FFGG、FFGg、FfGG、FfGg4种；两个不能合成该物质的亲本杂交，子一代均能合成该物质，说明亲本是纯合子，基因型分别是FFgg和ffGG；F1雌雄个体相交即FFgg×ffGG→9F_G_(产生该物质)∶7(3F_gg＋3ffG_＋1ffgg)(不能产生该物质)。又基因G、g位于I片断上，另一对等位基因（F、f）位于一对常染色体上，所以两个亲本的基因型为FFXgYg&和ffXGXG&&或FFXgXg&和ffXGYG。考点：本题考查基因控制生物性状、基因的自由组合定律、伴性遗传的相关知识，意在考查考生理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系的能力及识图分析能力；考查考生能运用所学知识与观点，通过比较、分析与综合等方法对问题进行解释、推理，并做出合理的判断的能力。知识点:&&&&&&基础试题拔高试题热门知识点最新试题
关注我们官方微信关于跟谁学服务支持帮助中心下列有关基因.蛋白质和核酸之间关系的叙述.错误的是( ) A.同一生物不同的体细胞中核DNA分子是相同的.蛋白质和RNA不完全相同B.基因中的遗传信息通过mRNA决定蛋白质中的氨基酸排列顺序C.蛋白质合成旺盛的细胞中.DNA分子较多.转录成的mRNA分子也较多D.真核细胞中.转录主要在细胞核中进行.蛋白质的合成在细胞质中进行 题目和参考答案——精英家教网——
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下列有关基因、蛋白质和核酸之间关系的叙述，错误的是（　　）
A、同一生物不同的体细胞中核DNA分子是相同的，蛋白质和RNA不完全相同B、基因中的遗传信息通过mRNA决定蛋白质中的氨基酸排列顺序C、蛋白质合成旺盛的细胞中，DNA分子较多，转录成的mRNA分子也较多D、真核细胞中，转录主要在细胞核中进行，蛋白质的合成在细胞质中进行
考点：遗传信息的转录和翻译,细胞的分化
分析：1、细胞分化是指在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态，结构和生理功能上发生稳定性差异的过程．细胞分化的实质：基因的选择性表达．2、基因控制蛋白质的合成包括转录和翻译两个步骤，其中转录是以DNA分子的一条链为模板合成RNA的过程，在真核细胞中主要发生在细胞核中；翻译是指以mRNA为模板合成蛋白质的过程，发生在核糖体上．
解：A、同一生物不同的所有体细胞都是由同一个受精卵有丝分裂形成的，因此它们的细胞核DNA分子是相同的，但由于基因的选择性表达，不同细胞中的蛋白质和RNA不完全相同，A正确；B、基因中的遗传信息通过mRNA决定蛋白质中的氨基酸排列顺序，B正确；C、蛋白质合成旺盛的细胞中，DNA分子数与相同细胞相同，但转录成的mRNA分子较多，C错误；D、真核细胞中，转录主要在细胞核中进行，蛋白质的合成在细胞质的核糖体上进行，D正确．故选：C．
点评：本题考查细胞分化、遗传信息的转录和翻译，要求考生识记细胞分化的概念，掌握细胞分化的实质；识记遗传信息转录和翻译的过程、场所、条件及产物等基础知识，能结合所学的知识准确判断各选项．
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科目：高中生物
治疗糖尿病的方法之一是（　　）
A、口服胰岛素B、注射胰岛素C、口服或注射胰岛素D、服用胰高血糖素
科目：高中生物
下列有关遗传的叙述，正确的是（　　）
A、孟德尔发现遗传因子B、美国遗传学家萨顿用蝗虫细胞作材料证实了基因在染色体上C、女性患色盲，外祖母不一定携带色盲基因D、基因不仅存在于细胞核中，也存在于叶绿体、线粒体等细胞器中，这为基因与染色体行为存在着明显的平行关系提供了证据
科目：高中生物
关于小流域综合治理生态工程应用原理，正确的是（　　）
A、系统结构决定功能原理B、协调与平衡原理C、工程学原理D、少消耗高产出原理
科目：高中生物
酶的催化效率比无机催化剂的高，这是因为（　　）
A、酶供给的能量多B、酶供给的能量少 C、酶升高活化能的作用更显著D、酶降低活化能的作用更显著
科目：高中生物
如图是光合作用过程的图解，请回答：（1）绿色植物进行光合作用的细胞器是，参与光合作用的色素分布在该细胞器的上，其中A过程生成的ATP所需能量来自．（2）光合作用的过程可以分为两个阶段，B表示：阶段．此过程进行的场所是．（3）写出图中所示物质的名称：①；④；⑤；（4）C、D化学过程的名称分别是、．
科目：高中生物
下列是与高中生物实验有关的内容，请回答相关的问题：①生物组织中还原糖的鉴定&&&&&&&②观察并鉴定花生子叶细胞中的脂肪③生物组织中蛋白质的鉴定&&&&&&&④观察植物细胞的质壁分离和复原⑤叶绿体中色素的提取和分离&&&&&⑥比较过氧化氢酶和Fe3+&的催化效率⑦观察根尖分生组织细胞的有丝分裂（1）在上述实验过程中，必须借助显微镜才能完成的是，需要水浴加热的是，需要用颜色反应确定的是（以上均填标号）．（2）由于实验材料用品或试剂所限，有时候需要设法替代，下列各项处理中正确的是A．做⑦实验时，可用蒜叶代替洋葱根尖B．做④实验时，可用鸡血红细胞代替紫色洋葱表皮细胞C．做⑤实验时，可用干净的细沙代替二氧化硅D．做②实验时，可用龙胆紫代替苏丹Ⅲ染液．
科目：高中生物
为了证明ATP是直接能源物质，某同学选择一小条新鲜的蛙腓肠肌作为实验材料进行实验，下列说法错误的是（　　）
A、必须待肌肉本身ATP消耗后再进行B、可滴加葡萄糖溶液作为对照实验C、先滴加ATP溶液后滴加葡萄糖溶液D、实验过程中要注意保持肌肉的生理状态
科目：高中生物
在豌豆杂交实验中，高茎与矮茎杂交，F2中高茎和矮茎的比为810：271，上述实验结果出现的根本原因是（　　）
A、显性遗传因子对隐性遗传因子有显性作用B、F1自交，后代出现性状分离C、雌雄配子的结合是随机的D、F1产生配子时，显性遗传因子和隐性遗传因子彼此分离
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|系统分类:|关键词:基因 如何 initial hidden
&【引子】最近在思考本人课题（其实一直在思考），拨开课题特例本身，牵扯到一个小问题，而这个问题我个人感觉是有普遍性地（虽然对于一般的基因工程而言多余的）。基因下调，效果究竟是作用在一个细胞而言还是一群细胞而言的。&
&---简单而言，RNA splicing里有个有趣的设计，叫做NMD（Nonsense-Mediated mRNA&Decay）。cassette exon，是不一定被剪切进入mRNA的exon，是相对于constitutive exon（组成性exon）而言的概念。&
&&如果cassette exon本身有stop codon的三碱基序列，splicing过程中它本身发生inclusion，即最后的mRNA里包含这个cassette exon。而且巧合的是，在最后mRNA的整个ORF里，cassette exon的stop codon序列确实行使stop codon功能，那可想而知，整个mRNA在翻译蛋白时，翻译过程将提前在这个意外stop codon里停下来，进而整个mRNA、整个蛋白质的完整性就被破坏了。相反地，如果这个cassette exon被skipping了，那么完整的蛋白将会表达。&
&这样的exon我形象地称呼它为“毒性exon”。&
&这个现象对于蛋白质而言并不是绝对的坏事情，反而是基因调控的优良策略。具体不展开。&
&要达到基因表达水平的下调，策略有很多，可以是直接的miRNA或者siRNA，也可以是利用基因之间的此消彼长之关系。但是似乎，任何基因调控策略，最终都无外乎要回到这个问题：&
&任何下调（或上调）基因的影响，是作用在单个细胞水平？还是在一群细胞水平？&
&figure_1： 单个细胞的基因水平下调如figure1，这就是典型的单细胞水平下调基因表达。我以某种策略来干扰某个exon是否inclusion或者skipping。发现按照这种策略，有70%的毒性exon发生skipping了，mRNA功能完整、蛋白完好无损，基因开启（ON）。而另一方面30%的毒性exon发生inclusion，mRNA被毒害继而蛋白破损，基因关闭（OFF）。&
&所以可以看见，单个细胞水平而言，胞內存在两种mRNA，一种是完好mRNA、一种是被毒害的mRNA。因为完整mRNA的水平就只有70%，继而单个细胞就只有70%的表达量。&
&figure_2： 单个细胞基因表达命运的决定如figure2，在这种实验基因下调策略之下，一定概率性地抑制了毒性exon的skipping。与figure1里的单细胞不同，此时每个细胞里只存在一种mRNA，要么是完整mRNA，要么是被毒害mRNA。与其说这种策略是一种对基因的下调，不如说是细胞命运的真·决定。&
&看了下面的对比图figure3也许你可以理解这个蛋疼问题的生物意义：&
&figure_3：二者的巨大区别&A和B是代表一坨细胞或者一个菌落（所以你并不知道具体每个细胞的情况），假设这些细胞都表达GFP而发绿光。经过你设计的基因下调策略处理，你确确实实看见，相对于WT，基因表达水平变成了70%，成功被下调了。但是，你能分辨出究竟是单细胞都表达70%（如A），还是只有70%的细胞表达了蛋白（如B）？究竟是所有细胞都成功被弄二了呢，还是只是因为你人品好有倒霉的30%细胞中招了？&
&阴性对照、阳性对照、挽救（rescue）策略，这三种常见的对照策略，都无济于事。那么，怎么半？&
&难道只能单细胞测序了么？&
&---【后记】1. 我之所以说一般基因工程是根本不care这些问题，是因为最终结果里基因表达水平被下调就好了。我之所以再说，这样的研究很危险，是因为如果不关心具体情况，很有可能其实是假象，正如figure_3B所示，万一造成那30%被下调的原因是偶然？或者是其他原因呢？（所以此刻重复实验有意义了）&
&2. 目前“市面上”有很多所谓determine cell fate的研究，要我说，其实很多都是如图figure1的研究，太极拳似的、中药似的来决定细胞命运，就是慢慢磨死你；如果真·细胞命运决定，就应该像figure2那样，立竿见影，要细胞向东走，绝对不会“西北-北-东北”慢慢转向东边，而是直接一个后空翻向东。&
&不过怎么做真·命运决定呢？我暂时没想到。而且可悲的是，我还不能找到让自己信服这样做的意义。毕竟无奈就像找妹子一样，死缠烂打厚脸皮纠缠才是王道。&
&3. figure1-3自己绘图，忘记附上中文了。&
&4.&如果能有办法做出判断，那合成生物学就能做出来。如果能确定对单细胞有效果，那就能做出真·调控装置；如果确定是拼概率，那就能做真·命运决定装置。不论哪样做，synbio都可以做出有意义的装置---end && no reference&
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