[医学]第八章 基因芯片.ppt

DNA 芯 片 马永平 内容提要 什么是DNA芯片？ DNA芯片的原理 DNA芯片的种类 DNA芯片的应用领域 DNA表达谱数据分析 DNA芯片技术的发展与展望 第一节 概述 DNA芯片也叫基因芯片（Gene chip）是指在固相载体（玻璃、硅等）上有序地、高密度地（点间距500?m）排列固定了大量的靶基因或寡核苷酸,也叫探针。这些被固定的分子探针在基质上形成高密度的DNA微阵列，因此，DNA芯片又叫DNA微矩阵（ DNA Microarray）。第一块基因芯片1992年诞生在美国。 DNA芯片属于生物芯片（biochip）的范畴，生物芯片分为DNA芯片、蛋白质芯片及其它芯片（样品制备芯片、核酸扩增芯片、毛细管电泳芯片等）三类。 第二节 DNA芯片的基本原理 1. 基因芯片技术是建立在Southern blot基础之上的，可以说它是Southern blot的改进和发展，它的原理是：变性DNA 加入探针后在一定温度下退火，同源片段之间通过碱基互补形成双链杂交分子。 S； DNA-DNA/RNA； N：RNA-DNA/RNA； W：Protein-protein/DNA；E：Genome DNA-DNA/RNA（Dot blot） 2.基因芯片与Southern blot之比较 基因芯片的基本原理与Southern blot技术一脉相承，点样技术和数据读取技术的发展是基因芯片技术对传统核酸杂交的技术性突破，因此，基因芯片技术是基因功能研究领域的一次革命。通过基因芯片人们可以大规模、高通量（海量）地对成千上万个基因进行同时研究。 与Southern blot相比较，基因芯片具有高密度、高通量、并行性、微量化、自动化的特点。 3. 基因芯片基本操作流程 制备总RNA→ mRNA经RT-PCR用Cy3（正常对照组）和Cy5（实验组）荧光标记目的基因，得到cDNA 探针→ 混合标记探针→与表达谱芯片上核苷酸片段（或基因）杂交→扫描→分析杂交结果→结论 载体+寡核苷酸-探针分子+荧光染料-点样仪-扫描仪-计算机+专业软件 第三节 DNA芯片的种类 表达谱芯片 诊断芯片 检测芯片 HBV、HCV、结核杆菌等病原体检测，商检等。 第四节 基因芯片的应用 基因测序及基因图绘制 检测基因突变 基因表达分析 在药物研究中的应用 在微生物菌种鉴定和致病机制 研究中的应用 在农林业生产中的应用 在军事、司法领域的应用 1.杂交测序和基因作图 杂交测序（SBH）是发展基因芯片技术的初衷，希望能够提供一种新的、快速的测序方法。原理：理论上有4n个长度为n的序列，可以被分析的目标长度大约等于点阵上寡核苷酸数目的平方根。 基因绘图：用光蚀刻技术在载体上合成大规模有序的寡核苷酸序列（标签序列），然后与克隆文库中的每个克隆进行杂交，通过鉴定基因与基因间的大量标签序列（EST，STS等）,以较低的等价基因组数把他们绘制成重叠图。 附： 标签序列 expressed sequence tags, EST:表达序列标签，为cDNA的部分序列，平均为300-500bp，它可以确定基因的种类和所代表基因表达的拷贝数。目前，公共数据库中可利用的人类EST超过100万个，它可能代表所有人类基因的50%-90%。 sequence tagged site, STS:序列标签位点，是指染色体定位明确，而且可以用PCR扩增的单拷贝序列，一般每隔100kb距离就有一个标记。 2.检测基因突变 如果基因易发生突变区段的核苷酸序列是已知的，则DNA芯片能很容易地通过再测序鉴别出仅1个碱基的错配。以下面的15nt的探针为例，每个探针只有中间一个核苷酸不同，以红体下划线表示。 1. G C T A C T C A T G C G T A C 2. C T A C T C A T G C G T A C T 3. T A C T C A T G C G T A C T C 4. A C T C A T G C G T A C T C C 5. C T C A T G C G T A C T C C G 6. T C A T G C G T A C T C C G T TACGCA TACTCA 2.C T A C T C A T G C G T A C T 3. T A C T C A T G C G T A C T C 4. A C T C A T G C G T A C T C C 1. A C T C A T G A G T A C