terravic/alphagenome-變異視覺化技能

AlphaGenome 變異視覺化與解釋技能

此技能提供一個自動化工作流程，用於預測、解釋及視覺化呈現人類遺傳變異在 11 種分子模態（RNA-seq、DNase-seq、ChIP-seq H3K27ac/H3K4me3/CTCF/TF、剪接位點使用、剪接接合處、CAGE、PRO-CAP）中的功能性調控影響。

它將分析結果編譯為靜態分析報告，並生成獨立的互動式 HTML5 與 WebGL 視覺化儀表板（ui/alphagenome_dashboard.html）。

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1. 技能執行工作流程

在處理使用者的變異查詢時，請遵循以下多步驟程序：

步驟 1：基因與轉錄本解析

解析目標基因座標、標準轉錄本識別碼、鏈的方向以及外顯子結構：

python3 scripts/lookup_gene_info.py --gene <GENE_SYMBOL> --pretty
# 或按基因組位置查詢：
python3 scripts/lookup_gene_info.py --coord <CHROM:POS> --pretty

步驟 2：生物樣本與本體論解析

將目標組織、疾病背景或細胞類型對應至標準本體論識別碼（UBERON、CL、EFO）：

python3 scripts/resolve_ontology_terms.py --term "<TISSUE_OR_CELL_TYPE>" --pretty

步驟 3：剪接解釋

評估位於標準剪接位點（+1/+2 供體、-1/-2 受體）、外顯子剪接增強子/沉默子或深部內含子隱蔽位點的變異：

python3 scripts/interpret_splicing.py --benchmark <BENCHMARK_CASE> --ascii
# 或使用自訂 JSON：
python3 scripts/interpret_splicing.py --input <DATA_JSON> --ascii

步驟 4：體外突變誘發與轉錄因子基序分析

評估變異周圍（+/-20bp）的序列重要性，評估位置權重矩陣 (PWM) 基序的破壞（例如 CTCF、SP1、GATA1、TAL1、FOXA1），並計算取代矩陣：

python3 scripts/analyze_ism.py --benchmark <BENCHMARK_CASE> --ascii
# 或使用明確序列：
python3 scripts/analyze_ism.py --seq "<40BP_SEQUENCE>" --pos 20 --ref <REF_BASE> --alt <ALT_BASE> --ascii

步驟 5：表觀基因組訊號與軌跡分析

生成 RNA-seq、DNase 可及性、H3K27ac 與 H3K4me3 的訊號曲線：

python3 scripts/visualize_genome_tracks.py --benchmark <BENCHMARK_CASE> --output-plot tracks.png
python3 scripts/visualize_variant_effects.py --benchmark <BENCHMARK_CASE> --output-radar radar.png

步驟 6：互動式儀表板編譯

將全面的分析資料集編譯成獨立的互動式 HTML5 儀表板：

python3 scripts/generate_dashboard.py \
  --input tests/synthetic_benchmarks.json \
  --case <BENCHMARK_CASE> \
  --output ui/alphagenome_dashboard.html

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2. 標準合成基準測試案例

此技能包含四個完全合成的測試案例，不含任何患者健康資訊 (PHI)：

1. syn_COL6A2_skip：
   • 變異：chr21:46126238:G>C
   • 基因：COL6A2（外顯子 3 標準 5' 剪接供體中斷）
   • 生物樣本：骨骼肌（UBERON:0001134）
   • 影響：完整外顯子 3 跳過（$\Delta\Psi = -0.960$），U1 剪接供體共識序列被消除，透過無義媒介降解 (NMD) 導致 -65% 轉錄本損失。
2. syn_TP53_promoter：
   • 變異：chr17:7675148:G>A
   • 基因：TP53（核心啟動子，距轉錄起始點 -85bp）
   • 生物樣本：肝臟/肝細胞（UBERON:0002107）
   • 影響：開放染色質崩塌（-88% DNase），CTCF/SP1 基序消除，RNA 表現量下降 -85%。
3. syn_HBA2_enhancer：
   • 變異：chr16:223500:T>G
   • 基因：HBA2（遠端基因間調控區域 +24kb）
   • 生物樣本：紅血球母細胞 / K562（CL:0000765）
   • 影響：從頭創建 GATA1/TAL1 增強子，紅系特異性血紅蛋白表現量提升 +140%。
4. syn_ACTB_control：
   • 變異：chr7:5529776:C>T
   • 基因：ACTB（外顯子 4 同義變異）
   • 生物樣本：廣泛存在 / HepG2（EFO:0001187）
   • 影響：中性基線對照，無剪接或表觀遺傳變化（$\Delta\Psi = 0.00$）。

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3. 參考文件

如需詳細的技術標準與規格說明，請查閱參考文件：

• AlphaGenome API 參考：模態定義、座標索引與 JSON 架構。
• 變異解釋指南：統計閾值、決策規則與 NMD 邏輯。
• 報告模板：標準研究與臨床報告格式。
• 儀表板指南：六個互動式儀表板面板的規格說明。

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4. 代理程式提示範例

範例提示 1（剪接分析）

"分析骨骼肌中 COL6A2 基因上的變異 chr21:46126238 G>C。量化剪接影響，檢查是否存在外顯子跳過或無義媒介降解，並生成互動式視覺儀表板。"

範例提示 2（啟動子破壞）

"評估位於肝臟組織 TP53 啟動子中的 chr17:7675148 G>A 變異的調控影響。評估轉錄因子基序缺失、染色質可及性變化，並生成多軌跡視覺報告。"

範例提示 3（從頭增強子獲得）

"篩選紅血球母細胞中靠近 HBA2 的基因間變異 chr16:223500 T>G。識別是否有任何從頭轉錄因子基序被創建，並生成完整的六面板互動式 UI 儀表板。"