基因组基因表达和DNA阵列.doc

基因组、基因表达和DNA阵列 与日益增长的序列信息相结合的实验基因组学有望能够改变研究细胞和细胞相互作用的方式.高丰度的DNA阵列能以平行和定量的方式研究RNA 和 DNA 的复杂的混合物,在实验方面可以与基因组的序列信息相结合. DNA 阵列能被用于许多不同的目的,其中最显著的是能同时测量数万个基因的表达水平. DNA 阵列对于基因表达水平的测定及其他应用使得基因组中所包含的许多信息具体化.??? 生物学和生物医学的研究正处于一个显著转变时期,而这个转变是由两个主要因素驱动: DNA 序列信息的大量增长以及为利用这些信息的技术的发展。在过去的几年中,有30多个机体的全基因组序列已被测定,还有另外100个左右正在测定.目前至少已获得了数万个小鼠,大鼠,人的基因的部分序列,并且人的两条染色体(染色体 21 和 22)的全序列测定也已完成.在公众和私人的努力下,人类染色体的大部分序列将在一年内被译解,无疑小鼠及其它动植物的全序列测定也会尽快完成.不幸的是,数十亿个碱基的DNA序列并不能告诉我们所有的基因起什么作用.细胞如何工作和如何形成有机体,机体生病时是什么地方出了毛病,我们是怎么逐步走向衰老的以及符合来开发新药.这些正是功能基因组将要发挥作用的舞台.基因组的目的是理解生物学,而并不只是简单的确定物种的组成部分,实验及计算机的方法等应尽可能的利用尽可能多的数据.在这个意义上,与其称功能基因组是特定的项目或工程,到不如称它为解决问题的一般方法.功能基因组的目的决不仅仅是提供一个关于所有的基因和信息的功能的目录,而是去理解这些基因如何协调工作来形成有功能的细胞和有机体. ??? 为了充分利用巨大的快速增长的序列信息,我们需要新的技术.研究基因组的最强有力且最有用的工具是高密度的寡核苷酸或互补DNAs阵列.核酸阵列的工作原理是用溶液中标记好的RNA或DNA分子和固定在阵列表面特定位点的DNA杂交.样本和阵列的杂交实际上是每个分子寻找其在亲和介质上匹配分子的高度平行有哪些信誉好的足球投注网站过程,表面上最终匹配的分子是由分子识别规则决定的.传统的阵列是由分散在多孔膜上的未知序列的DNA片断组成.阵列化的DNA片段常常来源于cDNA,基因组DNA或质粒文库,而杂交的探针常常是用同位素标记的.近来,随着能以非常高的密度合成或把核苷酸点在玻璃表面上的新技术的发展及荧光检测技术的新发展,核酸阵列逐渐小型化,这就提高了实验效率增加了信息容量. ??? 与过去仅能制作几百个元素的阵列相比,近来以生产出了每平方厘米有250,000个不同的寡核苷酸探针或10,000个不同的cDNAs的阵列.尽管现在能够合成或堆积未知序列的DNA片段,但最常用的方法是设计基于特异序列的阵列,这个方法有时被成为把基因组下载到芯片上.然而,这个方法的基本技术主题也出现了若干变化:杂交反应可以被控制(例如,通过电场);除了荧光外也可以用其他检测方法;除了玻璃外,其他材料如塑料,硅,黄金,凝胶或膜甚至光学纤维的末端都可以作为阵列的表面材料.我们这篇评论的焦点就是集中于玻璃上的高密度核酸阵列以及他们的生物学应用,核酸阵列也常常被称为微阵列,寡核苷酸阵列,基因芯片阵列,或只是简单的芯片).整体的基因表达实验??? 迄今为止DNA阵列最重要的一个用途是检测基因的表达.从基因组DNA转录的基因总和,有时也成为表达谱或转录组,是研究细胞表型和功能的一个重要决定因素.从基因组DNA转录出mRNA是蛋白合成的第一步,细胞所处环境改变或受到侵犯时其形态和生理状况都会发生改变,而这些都是由于基因表达的不同引起的.和基因组水平不同,转录组是高度动态的,当细胞受到侵犯时,甚至当细胞处于正常的生理活动如复制,分裂时,基因的转录情况也会变化很大.为了了解基因的功能,知道基因何时何地以及何种程度的表达对于理解基因编码的蛋白质的活动和生理作用是至关重要的.另外,多基因型的改变也可为了解细胞的调节机制,更广泛的细胞功能及生化代谢途经提供线索.在对人类健康和治疗的研究中,从这些转录组水平获得的知识可有助于人们了解疾病的前因后果,了解药物及候选药物如何在细胞和组织间工作以及基因产物如何发挥治疗效果. ??? 过去对于阵列的讨论常常集中于技术方面,现在已构建了不同组织的核酸阵列,并且在不同的实验中也已成功的检测了基因转录丰度,人们对阵列研究所感兴趣的重点已经转移了.现在研究者们多集中于考虑有关实验设计,数据分析,从有限组织所获得的少量mRNA的应用等有关问题,以及如何用最好的方法从实验结果,路经及细胞环路模型中了解其生物意义,并且人们还非常关心表达谱的医学应用.基于阵列的基因表达监测??? 用阵列来衡量mRNA 表达丰度的方法是衡量mRNA 表达情况的常规的方法的一个更有力的代用品。在早期的一些试验当中,只有那些被认为