Skip to main content

3 DNA double strand

“正向链”和“反向链”可以从 DNA 双链结构 和 比对参考方向 两个层面来理解。核心是：它们不是两条不同的 DNA 分子，而是同一条双链 DNA 的两条互补链；说“正向/反向”时，必须有一个参考方向。

1. DNA 是双链且反向平行​

DNA 由两条链组成，两条链的方向相反：

5' —— A T G C —— 3'   一条链
3' —— T A C G —— 5'   另一条链

一条链是 $5'\to 3'$，另一条链是 $3'\to 5'$。它们碱基互补：A 配 T，C 配 G。
所以，如果你按 $5'\to 3'$ 的方向读第二条链，得到的序列是第一条链的反向互补序列。

例如：

  • 参考序列（正链）：ATGC
  • 反向互补序列：GCAT

因为 ATGC 反过来是 CGTA，再互补就是 GCAT。

2. “正链”通常是人为定义的方向​

在基因组或 contig 的存储中，我们总要把一条序列写进文件。比如：

>contigA
ATGC...

这个书写方向就被定义为该 contig 的正方向。
于是：

  • 正向链：与文件里存储的序列方向一致，即 $5'\to 3'$ 读作 ATGC...
  • 反向链：该序列的反向互补链，按 $5'\to 3'$ 读作 GCAT...

注意：这里的“正链/负链”是相对于这个 contig 或参考序列的，不是绝对的。换一个参考，正负可能反过来。

3. 在 reads 比对中，forward/reverse 指 read 相对于参考的方向​

当你把一条 read 比对到参考序列（比如 contig）时，比对软件会判断：

  • Forward strand：read 的序列方向与参考的正向链一致。
    也就是说，read 可以直接和参考序列从左到右匹配。

  • Reverse strand：read 的序列方向与参考的正向链相反。
    也就是说，read 需要先反向互补，才能和参考的正向序列匹配；或者等价地说，read 匹配的是参考的反向链。

举个例子，参考 contig 正链是：

5' - A T G C - 3'

如果一条 read 是：

5' - A T G C - 3'

它比对到参考的 forward strand。

如果一条 read 是：

5' - G C A T - 3'

它其实是参考反向链的 $5'\to 3'$ 读法，所以它比对到参考的 reverse strand。因为 GCAT 是 ATGC 的反向互补。

4. 在 GfaViz 的 Fig. S2 中如何体现？​

在 S1.2 的 reads-to-contigs 比对图里，contig 作为参考：

  • 绿色线：表示 read 来自 forward strand，即 read 与 contig 存储方向一致。
  • 红色线：表示 read 来自 reverse strand，即 read 与 contig 存储方向相反，需要反向互补后才能匹配。
  • 蓝色高亮：表示 contig 上被 read 覆盖的区域。
  • 颜色越深，表示该区域被多个 reads 覆盖。

所以，绿线和红线的区别不是 read 本身“好或坏”，而只是说明这条 read 是以哪个方向比对到 contig 上的。

5. 和 contig 的 $+$ / $-$ 方向的关系​

前面说过，contig 作为有向节点有 $+$ 和 $-$。这与 reads 的 forward/reverse 是同一套逻辑：

  • contigA+：按文件存储方向使用 contigA。
  • contigA-：使用 contigA 的反向互补序列。
  • read 比对到 forward strand：read 与 contigA+ 同向。
  • read 比对到 reverse strand：read 与 contigA- 同向，或与 contigA+ 反向。

总结​

可以这样记：

正向链 = 参考序列存储的方向，通常按 $5'\to 3'$ 读。
反向链 = 同一条双链 DNA 的另一条链，按 $5'\to 3'$ 读时是参考序列的反向互补。
read 的 forward/reverse = read 比对到参考时，是与参考正链同向，还是与参考正链反向。

因此，在 GfaViz 中，绿线表示 read 与 contig 正链同向，红线表示 read 与 contig 正链反向；它们共同描述的是双链 DNA 中 reads 从哪条链、以什么方向被测到并比对到 contig 上。