八章生物信息学在基因芯片中的应用讲解材料.ppt

第三节 基于芯片的序列分析 １、测定未知序列 早期基于芯片杂交的序列分析实验中，芯片上的探针是长度为k（一般为8）的所有寡核苷酸的组合。这是一种完备的探针集合，根据互补关系，通过各个探针的杂交结果确定DNA靶序列中存在的所有k长度片段，形成靶序列的k长度片段谱，然后根据这些片段重构靶序列。 ２、直接检测目标序列 在同一块芯片上设计多组探针，每一组探针分别检测一条目标序列，探针的长度在20到30之间。一般要求同一组探针之间相互独立，尽可能不重叠或少重叠，以提高探针的敏感性和特异性。 ３、DNA序列突变检测分析 有两种方法可以进行已知突变点的分析: 一种方法是对于目标序列上已知的突变点，以该点为中心，从目标序列选取一个片段，作为设计探针的参考序列。根据参考序列，分别设计四个高度特异的探针，这四个探针除中心位置外均相同并与参考序列互补 另一种方法是对于目标序列上已知的突变点，分别设计四组探针，其中每一组探针分别检测一种核苷酸替换。同一组中的各个探针长度相同，相互之间交叠，并且每个探针均覆盖对应的突变点。 ４、基因型和多态性分析 在同一物种不同种群和个体之间，有着多种不同的基因型，这往往与个体的不同性状和多种遗传性疾病有着密切的关系。通过对大量具有不同性状的个体的基因型进行比较，就可以得出基因与性状的关系。 为了进行SNPs研究，发现目标序列上可能出现的变化，最直接的方法就是根据已知的目标序列设计一系列寡核苷酸探针，其中每一个探针用于检测目标序列特定位置上的核苷酸是否发生变化，探察位置位于探针的中心。这种方法又称等长等覆盖移位法 第二种方法为单核苷酸分析法。针对目标序列每个位置上所有可能出现的变化设计相应的探针。 第四节 基于芯片的基因功能分析 １、基因表达分析 基因表达是根据基因的DNA模板进行mRNA和蛋白质合成的过程，各种基因的表达存在差异，一种组织中基因表达水平的差异可达1万倍。功能基因研究的一种重要的方法就是采用高通量基因表达检测技术，全面分析基因的表达水平，了解基因的功能。 ２、高密度基因表达芯片 第八章 生物信息学在基因芯片中的应用 主讲人：孙 啸 制作人：刘志华 东南大学 吴健雄实验室 生物信息学和基因芯片是生命科学研究领域中的两种新方法和新技术，生物信息学与基因芯片密切相关，生物信息学促进了基因芯片的研究与应用，而基因芯片则丰富了生物信息学的研究内容 第一节 概述 １、基因芯片简介 （１）基因芯片的基本原理及生物信息学的作用 基因芯片（gene chip），又称DNA微阵列（microarray），是由大量DNA或寡核苷酸探针密集排列所形成的探针阵列，其工作的基本原理是通过杂交检测信息。 基因芯片把大量已知序列探针集成在同一个基片上，经过标记的若干靶核酸序列通过与芯片特定位置上的探针杂交,便可根据碱基互补匹配的原理确定靶基因的序列。  原理 -- 通过杂交检测信息 一组寡核苷酸探针 — TATGCAATCTAG CGTTAGAT ACGTTAGA ATACGTTAGATC TACGTTAG 由杂交位置确定的一组 核酸探针序列 GTTAGATC 杂交探针组 TATGCAATCTAG 重组的互补序列 靶序列 TACGTTAG ACGTTAGA ATACGTTA CGTTAGAT GTTAGATC ATACGTTA 基因芯片 荧光标记的样品 共聚焦显微镜 获取荧光图象 杂交结果分析 探 针 设 计 杂交 （２）基因芯片制备 基因芯片的制备主要有两种基本方法: 一是在片合成法， 在片合成法是基于组合化学的合成原理,它通过一组定位模板来决定基片表面上不同化学单体的偶联位点和次序。在片合成法制备DNA芯片的关键是高空间分辨率的模板定位技术和固相合成化学技术的精巧结合。 另一种方法是点样法。 基因芯片点样法首先按常规方法制备cDNA（或寡核苷酸）探针库，然后通过特殊的针头和微喷头, 分别把不同的探针溶液，逐点分配在玻璃、尼龙或者其它固相基底表面上不同位点,并通过物理和化学的结合使探针被固定于芯片的相应位点。 （３）靶基因样品的制备及芯片杂交 根据基因芯片的检测目的不同,可以把样品制备方法分为 用于表达谱测量的mRNA样品制备 用于多态性(或突变)研究的基因样品的制备 （４）杂交信号检测 对于用荧光素标记经扩增（也可用其他放大技术）的序列或样品，与芯片上的探针进行杂交，然后冲洗，采集荧光图像。 图像的采集用落射荧光显微镜 或电荷偶联装置照相机 非共聚焦激光扫描仪等进行。 ２、基因芯片对于生物分子信息检测的作用和意义 在生命科学领域中，基因芯片为分子生物学、生物医学等研究提供了强有力的手段。 利用基因芯片技术，可研究生命体系中不同部位、不同生长发育阶段的