基因芯片技术在微生物学研究中的应用3.PDF

中　国　生 　物 　工 　程 　杂 　志 第 23 卷第 8 期 CHINA BIOTECHNOLOGY 2003 年 8 月 基因芯片技术在微生物学研究中的应用 饶志明 　张荣珍 　王正祥 　方慧英 　诸葛健 (江南大学工业微生物研究中心　无锡 　514036) 摘要 　近年来 ,基因芯片技术的诞生使得在一个实验中就可以同时对成千上万个基因进行转录 水平的表达和 DNA 同源性分析成为可能 。该项技术已被应用于揭示许多微生物体的转录表达 和基因组的差异 ,随着越来越多的微生物基因组全序列测定的完成 ,基因芯片正逐渐成为许多微 生物学研究领域中的一项常规技术 。归纳了该技术在微生物生理 ,致病性 ,流行病学 ,生态 ,进 化 ,代谢工程及发酵优化等研究中的应用 。 关键词 　基因芯片 　基因表达谱 　基因组 　微生物 　　基因芯片是 20 世纪 90 年代发展起来的一项 发展出Northern 印迹和点杂交技术 。这几种技术 前沿生物技术 。随着生物技术的迅猛发展 ,20 世 都是将核酸样品固定在滤膜上 。为了提高点样密 纪人类最宏伟的计划之一 ———人类基因组计划的 度和检测灵敏度 ,降低探针用量 , 以玻璃 、硅等材料 [ 1] [2 ] 启动和工作框架图已基本完成 , 以及拟南芥 等 为载体的基因芯片技术逐步得到了发展 。 模式生物的全基因组序列的测定 ,最近我国科学家 基因芯片是指采用原位合成或直接点样的方 又独立完成并公布了籼稻的全基因组框架序列[3 ] 。 法将 DNA 片段或寡核苷酸片段排列在滤膜 、硅片 、 模式生物的结构基因组计划将 由此进入后基因组 玻璃等介质上形成微矩阵 ,待检样品用同位素或荧 ———功能基因组时代 ,研究的重点将由发现基因转 光分子标记后 ,与微矩阵杂交 ,通过扫描及计算机 向探索基因的功能 。人们将逐步阐明从基因到蛋 分析即可获得样品中大量的基因序列及表达信息 , 白再到生命现象这一过程的奥秘 。如何大规模研 以达到快速 、高效 、高通量地分析生物信息的目的。 究基因的功能 ,特别是基因相互作用和调控关系 , 美国Affymetrix 公司20 世纪 80 年代末至 90 年 迫切需要一种新的方法能以大规模 、高通量的方式 代初 ,率先开展了这方面的研究 。1991 年 ,该公司 进行成千上万个基因在各种生理状态下表达状况 生产了世界上第一块寡核苷酸基因芯片 。同时 ,探 的研究[4 ] 。传统的 Northern 印迹杂交或点杂交方 针的荧光标记 ,激光共聚焦扫描和计算机分析等技 法 , 以及以电泳为基础的基因表达 、序列测定 、突变 术也随之发展 。1995 年 ,第一块以玻璃为载体的基 和多态性分析等研究方法显然不能适应上述的要 因微矩阵芯片在美国 Stanford 大学诞生 ,并首先被 求 。基因芯片技术由此应运而生 。 应用于人类基因组的研究[5 ] ,最近 ,基因芯片也被 用来检测模式植物如水稻的基因表达谱的改变[6 ] , 1 　基因芯片的原理及其产生背景 标志着基 因芯片技术步入 了广泛研究和应用 的 分子杂交实验一直是遗传学研究的一个重要 时期 。 和有效的手段 ,它对于揭示基因和一些重要的生命 尽管基因芯片的基本技术一样 ,但当该项技术 现象之间的内在联系具有重要的意义 。