第11组生物芯片技术
作物基因克隆技术应用进展
基因克隆技术是19世纪70年代初开始发展起来的一项研究技术。
它是研究某一特定基因的表达和功能研究的第一步。
基因克隆技术的发展为作物研究提供了新的技术方法和研究方向。
研究人员利用作物基因克隆技术，通过改变基因型实现了农作物产量、品质、抗性等多种性状的改良，显著提高了农作物的质量。
随着基因克隆技术的不断发展并投入实践应用，关于基因克隆的技术研究也在不断改进。
目前几乎作物研究的每个领域，都有基因克隆技术的身影。
作物基因的克隆技术是作物育种研究的重要组成部分。
主要内容是鉴别分离突变体特异基因并得到完整的基因序列种，进行基因定位，筛选有利性状，最后应用到作物生产实践中。
作物基因克隆技术通常分为两种。
相对比较传统的研究途径的是正向遗传学方式。
反向遗传学途径是新型研究方法，它是先获得遗传基因片段，反向研究基因。
本文主要从几种基因克隆技术的角度出发，来介绍作物基因克隆技术的研究进展，并展望了作物基因克隆技术的发展前景。
1.常用传统基因克隆技术1.1功能克隆功能克隆是出现最早的基因克隆技术之一。
它主要通过研究表达的异常蛋白质，在已知遗传损伤所引起的蛋白质缺陷信息的情况下，进行基因定位并克隆。
步骤的关键是先已知蛋白质，再将其的mRNA反转录成cRNA，然后作为探针，从而从基因组中克隆到所需基因。
更有趣的是，当获得某一个植株的相似基因，且核苷酸序列高度保守时，也可以通过利用这些已知基因片段，去筛选未知基因库，从而分离出未知新基因。
周兆斓等利用Kond等克隆和测序编码了水稻巯基蛋白酶抑制剂的基因组，之后将其导入甘薯、马铃薯、茄子等多个作物，极大地改善了作物的抗虫能力。
功能克隆是人们在克隆领域摸索出第一种最基本的克隆方法，它在作物基因克隆的研究中有重要地位。
功能克隆是简单实用的方法，但是它需要已知基因信息才能进行克隆，因此最初应用功能克隆方法的时候，具有很大的局限性。
1.2定位克隆定位克隆又叫图位克隆，是人们研究出的可以克服基因编码序列未知对功能克隆限制性的一种克隆方法。
2020年智慧树知道网课《临床分子生物学检验技术(哈尔滨医科大学)》课后章节测试满分答案1
绪论单元测试1【判断题】(20分)临床分子生物学检验技术学科建立在分子生物学学科之前。
A.对B.错2【判断题】(20分)临床分子生物学检验技术是从分子水平研究解决临床诊断与治疗问题。
A.对B.错3【多选题】(20分)现代临床医学的发展方向：（）A.预测医学B.预防医学C.个体化医学D.中西医结合4【多选题】(20分)下列技术为临床分子生物学检验常用检测技术的是（）A.基因测序B.SouthernblotC.分子杂交D.其余均不对5【判断题】(20分)临床分子生物学检验技术学科发展第一阶段的代表性技术为分子杂交技术。
A.错B.对第一章测试1【单选题】(20分)在人类基因组DNA序列中，DNA甲基化主要发生在（）A.鸟嘌呤的N-7位B.鸟嘌呤的C-5位C.胞嘧啶的C-5位D.胞嘧啶的N-4位E.腺嘌呤的N-6位2【单选题】(20分)下列DNA序列中的胞嘧啶（）易发生甲基化修饰的是。
A.5'-CGCGCG-3'B.5'-GGGGCC-3'C.5'-CCCCCT-3'D.5'-GCACAC-3'E.5'-CTCTCCC-3'3【单选题】(20分)某基因位点正常时表达为精氨酸，突变后为组氨酸，这种突变方式为（）A.移码突变B.动态突变C.无义突变D.同义突变E.错义突变4【单选题】(20分)由于突变使编码密码子形成终止密码，此突变为（）A.无义突变B.移码突变C.终止密码突变D.同义突变E.错义突变5【单选题】(20分)下列叙述哪项是的（）A.原核生物基因组具有操纵子结构B.原核生物结构基因是断裂基因C.原核生物结构基因的转录产物为多顺反子型mRNAD.原核生物基因组中含有插入序列E.原核生物基因组中含有重复顺序第二章测试1【单选题】(20分)DNA链的Tm值主要取决于核酸分子的（）A.T－G含量B.A－G含量C.A－C含量D.A－T含量E.G－C含量2【单选题】(20分)Southern杂交通常是指（）A.DNA和RNA杂交B.DNA和蛋白质杂交C.蛋白质和蛋白质杂交D.RNA和RNA杂交E.DNA和DNA杂交3【单选题】(20分)下列哪些不是影响DNA复性的因素（）A.碱基组成B.DNA浓度C.温度D.DNA的分子量E.DNA的来源4【单选题】(20分)探针基因芯片技术的本质就是（）A.基因重组技术B.蛋白质分子杂交技术C.酶切技术D.聚合酶链反应技术E.核酸分子杂交技术5【单选题】(20分)DNA探针的长度通常为（）A.1000～2000个碱基B.400～500个碱基C.<100个碱基D.500～1000个碱基E.100～400个碱基第三章测试1【单选题】(20分)以mRNA为模板合成cDNA的酶是()A.DNA酶B.逆转录酶C.RNA酶D.限制性内切酶E.TaqDNA聚合酶2【单选题】(20分)有关PCR的描述下列不正确的是（）A.引物决定了扩增的特异性B.由变性、退火、延伸组成一个循环C.循环次数越多产物量就越大，可增加循环次数提高产物量D.是一种酶促反应E.扩增的对象是DNA序列3【单选题】(20分)下列关于TaqDNA聚合酶的描述，的是（）A.扩增的DNA片段越长，碱基错配率越低B.催化形成3´,5´-磷酸二酯键C.不具有3´5´外切酶活性D.使DNA链沿5´→3´方向延伸E.以dNTPs为原料4【单选题】(20分)PCR反应过程中，退火温度通常比引物的Tm值（）A.低15℃B.高5℃C.低5℃D.相等E.高15℃5【单选题】(20分)PCR反应中延伸的时间取决于（）A.待扩增片段的长度B.模板的含量C.模板的纯度D.TaqDNA聚合酶的量E.引物长度第四章测试1【单选题】(20分)关于TaqMan探针技术的描述，不正确的是（）A.解决了荧光染料技术非特异的缺点B.R基团与Q基团相距较远，淬灭不彻底，本底较高C.易受到TaqDNA聚合酶5′-3′核酸外切酶活性的影响D.无需进行寡核苷酸熔解曲线分析，减少了实验时间E.操作亦比较简单2【单选题】(20分)以下为比较Ct法的相对定量的描述，不正确的是（）。
液相蛋白芯片与酶免疫法检测4种肿瘤标志物的比较
基 于 WHM#&*V VA;. XL-,*M 的 液 相 蛋 白 芯 片 技术是新近发展起来的一种新的检测方法 " 用荧光 染料将微小的乳胶微球分别染成不同的荧光色进 行编码 " 在微球表面以共价方式连接蛋白 + 核酸等 物质 " 可用于免疫分析 ’ 核酸研究 ’ 酶学分析 ’ 受体 和配体识别分析等研究
Y>)2Z
所有测试血清标本均来自同济大学附属东方 医院临床送检样品 "77 份正常体检标本 " 其他分别 收 集 检 测 指 标 阳 性 的 血 清 标 本 &;<. 阳 性 C1 例 "
’=; 阳性 20 例 "’;>?!? 阳性 C@ 例 "’;>0@ 阳性 @1
例 ) 病种和年龄等其他临床医疗信息未进行分类 ) 二 ’ 方法
生物芯片技术是随着人类基因组计划的顺利 进行而发展起来的一种全新的技术 $ 能够同时检测 成千上万个基因的表达或结构等信息 $ 在人类全基 因组测序完成后的功能基因组研究上发挥着巨大 的作用 # 作为功能基因组研究相关的重要内容之 一 $ 蛋白质组学的研究正在兴起 $ 需要有新的类似 于基因组测序的高通量手段来满足对蛋白质表达 % 结构 %功能等研究的需要 $因此蛋白芯片的技术成为 人们研究的一个热点 # 以荧光微球为载体基质的液 相蛋白 ! 微球 " 芯片技术 $ 结合了基因芯片研究的微 阵列和蛋白质研究的酶联免疫分析 !?@ABC" 技术 $ 在现阶段的蛋白质抗原抗体检测中具有巨大优势 # 液相蛋白芯片最大的优势在于可达到高通量
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12 生物芯片
生物芯片的定义
生物芯片（Biochip或Bioarray）是指包 生物芯片（Biochip或Bioarray） 被在固相载体上的高密度DNA 抗原、 DNA、 被在固相载体上的高密度DNA、抗原、抗 细胞或组织的微点阵(microarray） 体、细胞或组织的微点阵(microarray）。 生物芯片包括DNA芯片、抗原芯片、抗体 生物芯片包括DNA芯片、抗原芯片、 DNA芯片 芯片、细胞芯片、组织芯片等。 芯片、细胞芯片、组织芯片等。 1998年世界十大科技突破之一。 1998年世界十大科技突破之一 年世界十大科技突破之一。 未来十年最具发展潜力的技术。 未来十年最具发展潜力的技术。
图象分析
复杂的杂交图谱一般需由图象分析软件 来完成。 来完成。 分析软件的功能：鉴定每个点阵、最大 分析软件的功能：鉴定每个点阵、 限度消除本底荧光的干扰、 限度消除本底荧光的干扰、解析多种颜 色图象、可标记或排除假阳性、 色图象、可标记或排除假阳性、识别和 分析对照实验是否成功、 分析对照实验是否成功、可将信号标准 化等。 化等。 图象处理软件必须具备提取基因库和数 据库的能力。 据库的能力。
分类（根据应用） 分类（根据应用）
基因变异检测芯片
–疾病检测(如HIV、P53基因、结核杆菌) 疾病检测( HIV、P53基因、结核杆菌) 疾病检测 基因 –法医鉴定(如DNA指纹图谱) 法医鉴定( DNA指纹图谱 指纹图谱) 法医鉴定
表达谱芯片
–肿瘤相关基因(正常与肿瘤组织表达差异) 肿瘤相关基因(正常与肿瘤组织表达差异) 肿瘤相关基因 –药物筛选(培养细胞药物刺激前后表达差异) 药物筛选( 药物筛选 培养细胞药物刺激前后表达差异) –发育(同一组织不同发育时期基因表达差异) 发育(同一组织不同发育时期基因表达差异) 发育 –组织发生(不同组织或器官的基因表达差异) 组织发生( 组织发生 不同组织或器官的基因表达差异)
生物芯片数据分析简介
一、基因芯片与基因表达 二、基因表达谱统计与分类分析 三、Ontology与基因功能注释 四、基于芯片数据的pathway分析
一、基因芯片与基因表达
什么是生物芯片？
一块指甲大小（1cm3 ）的有多聚赖氨酸包被的硅片或其 它固体支持物（如玻璃片、硅片、聚丙烯膜、硝酸纤维 素膜、尼龙膜等 ）。 生物芯片通过微加工和微流体系 统将生化分析中的样品制备、生 化反应、及结果检测有机地结合 集成在一起 。 具有高速度、分析自动化、及高 度并行处理能力 。
Subcellular components where a gene-product is found. Encompasses subcellular structures, locations, and macromolecular complexes
GO example
(Browser at /cgi-bin/go.cgi)
cDNA microarray
microRNA Chip
Biological question
Experimental design Microarray experiment
Image analysis
Normalization
Estimation
Testing
Clustering
Discrimination
13,601 Genes
Signal Transduction Ligand Binding or Carrier Motor Protein
GO Analysis—目标基因群显著性、靶向性基因功能分析。 Go Analysis对目标基因（差异基因等）进行GO分类，而后 对GO进行基于离散分布的显著性分析、误判率分析、富集度 分析，得出与实验目的有显著联系的、低误判率的、靶向性 的基因功能分类，该分类即导致样本性状差异的最重要的功 能差别，其所属基因是进一步验证的重要目标基因。 数据要求：标有上调和下调比值的差异基因列表。
中国生物技术的发展现状
中国生物技术的发展现状我国第一个生物制品研究所始建于1919年，在北平天坛成立了中央防疫处--即今天的北京生物制品研究所，迄今已有80多年的历史。
我国自七十年代未开始了现代生物技术的研究。
国家高度重视生物技术的发展，不仅被列为863计划之首，而且纳入七五、八五、九五国家重点攻关计划。
这一系列的举措，大大促进了我国医药生物技术的发展，并形成了一定的产业规模。
我国基因工程多肽药物、单抗和新型诊断试剂在仿制的基础上向创新发展，已能生产目前国际上市的大多基因工程多肽药物，基因工程干扰素α-1b-系国际首创，重组人肿瘤坏死因子、bFGF已申请专利，首创的免疫PCR胃癌诊断试剂已获得新药证书，有望开发出一系列的高灵敏度癌症诊断试剂。
基因工程疫苗的研制取得明显进展，基因工程乙肝疫苗投放市场，对乙肝的预防起到了非常重要的作用。
双价痢疾疫苗、霍乱疫苗获准试生产，血吸虫疫苗。
出血热疫苗等正在进行临床试验。
基因治疗取得突破，研制成功具有高效导入功能的靶向性非病毒型载体系统，动物试验表明，该系统能在体内将基因高效导入肿瘤细胞，明显抑制肿瘤生长；血管表皮生长因子基因缝线等3种基因治疗方案已基本完成临床前试验。
获得了一批转基因动物，已获得生长激素转基因猪的第2、3、4代。
获得手乳腺表达外源基因的转基因羊等。
通过研究出现一批创新性成果，克隆了大量人、动物、植物的新基因，创造了具有多种用途的新型表达载体等。
据统计，我国现有456个单位从事生物技术的研究、开发和生产，其中医药领域的有165个，占36%，专业人员约6800人，已有近二十种基因工程药物、疫苗获准进入市场，数十种医药生物技术产品正在进行临床或临床前研究。
当今世界生物技术迅猛发展，呈现出巨大活力。
特别是九十年代以来，随着人类基因组计划等各类生物基因组研究工作的展开，新基因不断被发现，新技术、新手段不断涌现，生物技术进入了大发展的新时期。
与此同时，生物技术产业迅速崛起，并已成为国际市场竞争的第二个热点领域。
生物化学实验原理与方法
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2020/11/26
生物化学实验原理与方法
二、有机溶剂沉淀法
n 原理：有机溶剂对许多溶于水的小分子生化物质以及核酸、 多糖、蛋白质等生物大分子都能发生沉淀作用。有机溶剂 的沉淀作用主要是降低溶液的介电常数从而 增强分子之 间的相互作用，使其溶解度降低。对于具有表面水层的生 物大分子来说，有机溶剂可破坏溶质分子表面的水膜，使 这些大分子脱水而相互聚集析出。不同溶质要求不同浓度 的有机溶剂，因此可用有机溶剂进行分步沉淀。
n 提取是在分离纯化前期，将样品研磨，把被破碎的细胞置于一定的溶剂（提 取液）中，使某一类分子目的物释放到提取液中的过程。提取液应具备的条 件：对有效成分溶解度大，破坏作用小；对杂质溶解度小或不溶解；来源广 泛、价格低廉、操作安全等。
n 生物分子可以分为生物大分子和生物小分子。生物小分子的结构由较强的共 价键决定；生物大分子中除共价键外，还含有较弱的共价键和次级键，故需 温和的条件才能保证生物大分子的活性不被破坏。因此，这两类生物分子的 提取液成分和操作条件差别很大。
n 1、生物小分子的提取 n 2、生物大分子的提取
蛋白质和酶的提取 核酸的提取
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生物化学实验原理与方法
溶剂提取法
n 原理:利用溶剂的溶解作用把所需物质从细胞中转移出来 n 影响溶剂提取效率的因素（影响溶解度的的因素）
1、溶剂的性质：（根据相似相溶原理） 2、离子强度：离子强度是影响物质溶解度的主要因素，但离子强度 对不同物质溶解度的影响不同，如高离子强度下DNA-核蛋白溶解度增 加，而低离子强度下RNA-核蛋白溶解度增加；绝大多数蛋白质和酶， 在稀盐溶液中溶解度增加（盐溶）。 3、PH值：溶剂的PH值影响溶质分子的解离状态，离子状态的物质， 不能是阳离子还是阴离子都易溶于水，而非离子状态的物质易溶于有 机溶剂。 4、温度：温度的升高可以增加物质的溶解度。 5、去垢剂：去垢剂是一类既有亲水基又有疏水基的物质，可以分为 阴离子、阳离子和中性去垢剂等，如SDS，Tween20，Triton X-100。
生物科学创新实验40个
生物科学创新实验40个以下是一些生物科学创新实验的例子：1. 遗传工程：通过基因编辑技术将外源基因导入物种中，实现生物体的特定目标改造。
2. 组织工程：利用多种生物材料和细胞培养技术，重建组织和器官。
3. 基因表达调控：通过研究基因调控机制，探索基因网络和信号通路的相互作用。
4. 纳米生物技术：利用纳米材料和纳米尺度工具，开发用于生物研究和治疗的新技术和产品。
5. 单细胞测序：利用高通量测序技术，对单个细胞进行遗传物质的分析，深入了解细胞和细胞群体的功能和特性。
6. 生物芯片技术：研发新型的生物芯片平台，用于生物分子的检测、筛选和分析。
7. 人工合成生物学：利用化学合成方法，设计和构建具有新功能的生物分子和系统。
8. 基因组学：应用高通量测序技术，对整个基因组的序列进行研究，揭示基因组的结构和功能。
9. 癌症免疫疗法：利用免疫细胞、抗体等生物分子，激发机体的免疫应答，治疗和预防癌症。
10. 人工智能与生物学：利用人工智能算法和技术，对大规模生物信息进行分析和挖掘，加速生物学研究进程。
11. 植物遗传改良：通过基因编辑技术和遗传分析方法，改良植物基因组，提高农作物的产量和抗病性。
12. 蛋白质工程：通过蛋白工程技术，设计和改造具有特定功能的蛋白质。
13. 病毒工程：利用病毒作为载体，传递外源基因至宿主细胞，用于基因治疗和疫苗研发。
14. 克隆技术：利用体细胞核移植等技术，复制生物体并获得同种或同源个体。
15. CRISPR/Cas9技术：利用CRISPR/Cas9系统进行精准的基因编辑，用于治疗遗传性疾病和研究基因功能。
16. 寄生虫研究：利用遗传学和分子生物学方法，研究寄生虫的寄生机制和宿主相互作用。
17. 神经科学研究：通过光遗传学、功能磁共振成像等技术，研究神经系统的结构和功能。
18. 微生物群落研究：通过高通量测序和生物信息学分析，研究微生物群落的组成和功能。
19. 人造细胞研究：利用合成生物学方法构建人造细胞，探索生命起源和细胞功能的基本原理。
分子生物学检验技术教学大纲
分子生物学检验技术教学大纲第一章原核生物基因组和病毒基因组[目的要求]掌握基因的分子生物学定义;限制性片段长度多态性的概念；质粒的定义和用途；操纵子的结构熟悉病毒基因组和细菌基因组的特点。
原核细胞内核酸含量、种类、功能和组织结构的差异;了解转座因子大肠杆菌、HIV和HBV基因组特点[教学时数]3学时[讲授内容]基因的概念基因的生物学定义、基因的分子生物学定义、细胞基因组。
原核生物和真核生物生物种类、原核细胞和真核细胞内核酸含量、种类、功能的差异，操纵子结构。
病毒基因组：重叠基因 HBV和HIV等病毒的结构特点细菌基因纽细菌染色体基因组的结构特点;大肠杆菌、质粒。
[复习思考题]名词解释基因、质粒、断裂基因、假基因、限制性片段长度多态性、操纵子问答题1·简述原核细胞基因组特点。
第二章真核生物基因组[目的要求]掌握真核生物基因组的特点;单拷贝序列、中度重复序列和高度重复序列的概念。
熟悉：染色质的结构和主要成分、核小体是染色质的根本结构单位。
了解染色体形态、功能研究中所用术语与新技术简介、朊病毒。
[教学时数]3学时[讲授内容] 真核生物学特点一般特点、C值矛盾、真核生物 DNA序列的类型(单拷贝序列、中度重复序列、高度重复序列、人多基因家族、DNA指纹技术(限制性片段长度多态性)。
染色体的主要成分、染色体的分型、染色体疾病[复习思考题]名词解释单顺反子、外显子、内含子、C值矛盾、单拷贝序列、中度重复序列、高度重复序列问答题真核生物基因组的特点。
第三章癌基因和抑瘤基因[目的要求]掌握癌基因和抑癌基因的概念；癌基因激活的机制熟悉 sis家族、src家族、myc和myb家族、P53、RB家族与其表达产物；癌基因和抑癌基因的检测了解肿瘤发生的步骤；结肠癌的发病步骤[教学时数]3学时[讲授内容]肿瘤细胞的特征肿瘤病毒和癌基因 DNA肿瘤病毒和癌基因;反转录病毒和癌基因。
肿瘤抑制基因肿瘤抑制基因存在的证据;RB基因，p53基因。
【国家自然科学基金】_组织芯片技术_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803
推荐指数 11 9 6 5 4 4 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
科研热词 基因芯片 组织芯片 免疫组织化学 寡核苷酸序列分析 基因表达谱 基因表达 芯片分析技术 肺肿瘤 大鼠 食管肿瘤 预后 血管内皮生长因子 蛋白质芯片 蛋白质组 肺癌 肝肿瘤 细胞培养 组织阵列分析 癌,肝细胞 癌 激光捕获显微切割 差异表达基因 小脑 基因 原位杂交,荧光 乳腺肿瘤 三氧化二砷 高迁移率蛋白a1 髓母细胞瘤 骨髓移植 骨髓 骨桥蛋白 骨关节炎 饥饿 颅内动脉瘤 间质干细胞 门静脉高压症 金属硫蛋白 量子点 酵母双杂交系统 过氧化氢酶 软骨细胞 软骨发生 超氧化物歧化酶 质谱 谷胱甘肽过氧化物酶 血管 蛋白质组学 蛋白质指纹图谱 脾功能亢进 胶质瘤 胰腺肿瘤
改进型的二步索引法 1 107 新疆 心脏 1 108 整体观 心肌顿抑/遗传学 1 109 数据库 心肌 1 110 接口命令 微芯片 1 111 排斥 微缝隙 1 112 抗体 微电极 1 113 抗mica抗体 干扰素α 1 114 抗hla抗体 左归丸 1 115 成脂分化 屏幕显示控制核 1 116 性腺发育 尿纤溶酶原激活物 1 117 性能测试 对数坐标图 1 118 性能优化 家蚕 1 119 性发育启动 字符 1 120 性别分化 基因重排 1 121 心律失常 基因融合 1 122 微血管密度 基因芯片技术 1 123 微电极 基因,bcl-6 1 124 微流控芯片 图像分析 1 125 微小rna芯片 噬菌体展示技术 1 126 微小rna 喉肿瘤 1 127 微rna18 哈萨克族 1 128 异质性 可视化 1 129 差异甲基化杂交 受体,notch2 1 130 小鼠基因敲除 受体,notch1 1 131 小分子干扰聚 发育 1 132 对比研究 反转录聚合酶链反应 1 133 寡核苷酸序列分析片 双层su-8 1 134 宫颈腺癌 双向电泳 1 135 宫颈癌 原位杂交 1 136 室间隔缺损 分子伴侣 1 137 实时定量聚合酶链反应技术 兔 1 138 实时定量pcr 免疫表型分型 1 139 子痫前期 免疫标记 1 140 子宫内膜异位症 克隆,分子 1 141 多重感染 光谱法,质量,基质辅助激光解吸电离 1 142 多重定量rt-pcr 信号通路 1 143 外周血 信号传导 1 144 复发转移 低分子量热激蛋白(shsp) 1 145 基因鉴定 人正常肝细胞 1 146 基因表达谱分析 人参皂甙rg3 1 147 基因表达谱 人参皂甙 1 148 基因多态性 乳酸,微流控芯片,片上混合,光纤检测,微电子机械系统(mems) 1 149 周期蛋白依赖激酶4 乳腺肿瘤/病理学 1 150 同种异基因 乳腺癌 1 151 合酶链反应 中国明对虾 1 152 可信计算组织 一氧化氮合酶抑制剂 1 153 可信计算模块 一氧化氮 1 154 受体学 toll样受体 1 155 反转录.聚合酶链式反应 sv40 1 156 卵泡 sox9基因 1 157 卵巢肿瘤 s100a4蛋白 1 158 卵巢癌 rb 1 159 分子药理学 pgc-1α 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
基因芯片技术
朱丽雅
０６／１１／１３
生物芯片(Biochip)技术
通过加工工艺同时将大量的探针分子固定到固相支持物上后与 标记的样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进 而获取样品分子的数量和序列信息并进行高效的解读和分析．
１.基因芯片 ２.蛋白质芯片 ３.芯片实验室
命名：
按载体上所点探针的长度分为：
(1) cDNA 芯片:由Schena 建立,将特定的cDNA 经PCR 扩增后借助机械
手直接点到基片上。
(2) 寡核苷酸芯片:由Fodor首先报道,用照相平板印刷术和固相合成技术
在基片上生成寡核苷酸, 分为长寡核苷酸芯片和短寡核苷酸芯片,与cDNA 芯 片制作的一个主要不同点是多一步转录获得cRNA 的过程。 起初,人们认为长寡核苷酸芯片和cDNA芯片有更高的特异性和灵敏度。但短 寡核苷酸芯片同样有效和特异。
全外显子芯片得数据分析步骤：
１.确定每个外显子在样品中是否有变化。
样品本身基因表达就有高 有低＋可变剪接的存在
２.检测整个基因表达本身是否有变化。确 定在整个基因中哪儿出现了可变剪接。
Tiling 芯片（嵌合芯片）
适合于全基因组分析的针对所有转录本的DNA微阵列。 全基因组概念上每隔35个bp 设计一段25bp长度的探针。粗略的计算一下，人类基
利用 Affymetrix Human Mapping 500K Arrays同时分析了500,000 DNA 标记，获得了一张有关记忆研究参予因子的遗传图谱，从中研究人员通过 比对记忆力好的和记忆力差的人群，寻找在前者中存在，但在后者中缺失 的遗传变 异，最终发现了Kibra基因。
基因诊断与基因治疗习题及答案
第十八章基因诊断与基因治疗一、填空题1. 基因突变可导致____的改变，从而引起____。
2. 基因变异包括____和____。
3. 内源性基因变异包括____、____、____和____等。
4. 外源性基因变异是指____疾病。
5. 基因诊断常用技术方法有____、____、____和____。
6. 核酸分子杂交技术是依据____、____和____原理设计的技术方法。
7. 常用固相核酸杂交方法有____、____、____、____、____和____等。
8. PCR是____的缩写，译为____。
9. PCR过程由____、____和____步骤组成。
10. 生物芯片技术包括____、____、____、____、____和____。
11. 基因测序是将有关基因进行____，测出____，从中找出____所在。
12. 基因治疗在概念上分为____和____。
目前普遍接受的是____。
13. 基因治疗的总体策略主要有____、____、____、____、____、____和____等。
14. 基因治疗的基本程序包括____、____、____、和____。
15. 获得治疗性基因的方法包括____、____、____、和____。
16. 常被用于基因治疗的基因转移载体有____、____和____。
17. 基因治疗中的靶细胞也称为____细胞，靶细胞有____和____两大类。
18. 基因转移方法概括地讲有____、____和____等。
二、名词解释19. 基因诊断20. 基因治疗21. 核酸分子杂交22. Southern blotting23. 生物芯片24. 免疫基因治疗25. 基因矫正26. 基因置换27. 基因增补28. 基因失活29. 自杀基因30. 夹心杂交31. 引物32. Northern blotting33. PCR三、问答题34. 简述基因诊断的特点。
35. 简述分子杂交程序。
生物芯片要点
生物芯片原理与技术复习题一、名词解释（59）1.基因芯片：把生物活性大分子（如蛋白质和核酸）或细胞等，密集排列在固定的固相载体上，形成微型的检测器件，固相载体通常是硅片、玻片、聚丙烯或尼龙膜等2.反向杂交：是将各种不同的探针按有序的方式固定到固有的固相支持表面上，再与样本中标记的靶基因进行杂交。
3.实验设计：主要是指根据实验目的、实验材料及实验条件而选择合适的芯片，设计出最佳的样品生长、处理与收集方法，并在此基础上制定出杂交方案。
4.类型比较：通过比较不同样品类型的表达谱来找到差异表达的基因5.类型发现：通过基因表达谱的研究来对生物学样品进行分类6.MA散点图：横坐标为1/2(log2R+log2G),代表点的整体荧光读，用A（Average)表示，纵坐标为log2(R/G)=log2R-log2G,代表两种荧光强度的比值对数，即对数比，用M(minus)表示7.MA图可以更直观的观察系统偏移的形式及是否存在强度依存的系统偏移。
是log2R对log2G的散点图的一种转换形式，顺时针旋转45度并把尺度缩小为原来的1/2.8.信噪比：得到的真实荧光信号的一个重要参数，典型的信噪比是信号峰值除以信号的变异9.假阳性率：为假阳性基因数占芯片上基因总数的比例(％)，其计算公式可以简化为：PFR＝FP/N，其中N为芯片上的基因总数。
10.Gridding:划格，根据芯片阵列的行和列的数目由计算机生成的一个网格。
11.生物芯片：把生物活性大分子（如蛋白质和核酸）或细胞等，密集排列在固定的固相载体上，形成微型的检测器件，固相载体通常是硅片、玻片、聚丙烯或尼龙膜等。
①狭义：微阵列芯片，主要包括cDNA微阵列、寡核苷酸微阵列、蛋白质微阵列和小分子化合物微阵列等②广义：能对生物成分或生物分子进行快速并行处理和分析的厘米见方的固体薄型器件，主要还包括微流体芯片和“芯片实验室”12.生物学重复：基因芯片实验的目的是解释生物问题，因此选择来源于同一生物群体的不同样本进行实验是最好的方法13.探针（probe）:使用前标记了的，用于检测特定基因或转录产物存在或表达的DNA或RNA或寡核苷酸序列。
11 生物材料与生物芯片
生物芯片的制作
概述
生物芯片又称微阵列(micro—array) 生物活性物质以点阵的形式有序地固定在固相 载体上. 在特定条件下与荧光标记过的待检测样品进行 生化反应(杂交实验). 反应结果用化学方法显示，光学仪器进行数据
生物芯片面临的挑战
能否得到大量的组织 标本。
能否制备出高密度的 芯片。
荧光标记技术的改进，
免疫组织化学技术的 提高和计算机系统的 优化。
生物芯片的缺点
基因芯片的缺点在于其不能
对待检测基因在多细胞类型 组织中的精确定位进行判断。 另外很多蛋白质调节其功能 不主要是依赖其是否表达或 表达量高低，而是依赖蛋白 质磷酸化-去磷酸化等方式。 在这种情况下，用核酸类生 物芯片就没有什么意义了， 正在研究开发中的蛋白类芯 片可能会有所作为的。
采集，通过计算机软件进行数据分析，得到样 品的分子信息
生物芯片的制作步骤
细胞
对mRNA进行标记 杂交 基因表达资料
生物芯片的优点
基因芯片的最大优点在于
其高通量。传统方法检测 众多基因要经历多次实验 而且自动化程度低，因而 每次实验之间是存在系统 误差的。基因芯片可以克 服这个缺点，众多基因的 探针的标记、杂交等过程 是在一次实验过程中完成 的，而且自动化程度高， 数据客观可靠。
生物芯片的分类
生物芯片的分类
根据用途还可以把生物芯片分为两类：信息
生物芯片（information-biochip）和功能 生物芯片（function-biochip）。
基因芯片技术原理
基因芯片(Gene chip)
Southern & Northern Blot Dot Blot
Macroarray
Microarray
基因芯片的研发历史
八十年代末期俄美科学家提出“杂交法测序”
1992年世界第一块原位合成基因芯片在美国 Affymetrix诞生（1994第一张商业化芯片）
1995年世界第一块微矩阵基因芯片在Stanford大 学实验室诞生
技术背景
随着传统技术的不断改进，基因信 息分析规模不断扩大。 • -人类基因组计划的需求(HGP) • -后基因组时代的需求（功能基因 组学方向）
生物芯片 (Biochips)
将大量生物识别分子按预先设置的排列固定于一种载 体（如硅片、玻片及高聚物载体等）表面，利用生物分子 的特意性亲和反应，如核酸杂交反应，抗原抗体反应等来 分子各种生物分子存在的量的一种技术。
image
Commercial chip
• Human • Rat • Mouse • Drosophila • E. coli • Yeast • Zebrafish
基因芯片的应用
– 特定基因检测 – 突变检测 – 多态性分析 – 基因表达谱
•生物信息学的工具 •基因相关性研究 •基因功能 •药物设计和开发 •潜在反义试剂开发 •个体化医疗 •身份识别 •基因诊断 •其他与生物有关的领域
Removable Tip Orifice
Controller
直接点样法 (stanford, brown)
Spotter head
基因芯片技术流程
基因芯片的设计制备 杂交 检测
数据分析
制备方法及点样仪器
靶基因的标记制备：标记方法 杂交：杂交液、杂交温度、洗涤条件
dna芯片技术原理
dna芯片技术原理生物的现象或者形态是由成百上千的基因共同组成的，传统的分子生物学技术不能将全部的基因表达情况测量出来，只能对少数几个基因起作用，要实现大量基因的表达图谱的方式，DNA芯片技术就发挥了很大作用。
这种生物高新技技术融合了计算机科学、化学、生物信息学等多方面的成就，可以将成千上万的基因片段排列在介质上，能够对基因高效快速的检测，随着DNA芯片技术的发展，将会产生一定的社会效益和经济效益。
DNA芯片是基于分子杂交基础上的扩展应用，其原理与核酸印迹相差不多，都是利用DNA的双螺旋互补的性质，在寡聚核苷酸链之间形成两个或者三个氢键。
DNA芯片的基质材料一般采用尼龙膜、塑料等，在进行试验的时候一般载体的面积约为1平方厘米，然后将特定顺序的DNA单链探针固定在载体上，点布成千上万的DNA，将芯片与标记的待测DNA或者RNA进行杂交，被检测物一般都用荧光染料或者生物素标记。
在杂交过程中，探针会产生杂交信号，杂交信号的强弱代表了碱基因配对正确性。
杂交过程完毕后，通过激光共聚焦显微镜进行试验扫描，然后用计算机软件分析杂交结果，将杂交信号划分等级并获取分布模式图。
根据结果的分析可以反映出样品中基因表达的情况，对于探针的样品量可以相对应的计算出来。
一张DNA芯片上探针的数量与芯片的设计与制作方法有很大的关系，一般都是采取在一张芯片上杂交两种样本，这样可以避免不同芯片产生的误差。
二、DNA芯片技术在动物医学中的应用1、基因表达谱的研究应用基因表达谱是DNA芯片中研究最为广泛且很成熟的一种技术。
传统的基因检测只能了解到极少数的基因表达情况，而DNA芯片上可以承载数以万千的探针，这样就可以将数量多的基因同时检测出来，转录水平不受基因和条件的限制，可以对比不同条件下的一个基因组的转录情况，也可以将不同基因组的转录情况对比出来，这是研究病原微生物全新的里程碑。
在基因表达图谱上有着不同的应用，比如在热休克状态下枯草芽胞杆菌的表达图谱，可以观察出有将近100多个的上调基因。
现代生物技术在医学领域的应用
现代生物技术在医学领域的应用摘要：现代生物技术应用了最先进的技术手段，在诸多领域的发展中起到了促进作用，对我国医学领域的发展也有重要影响，有着广阔的发展前景。
现代生物技术用于医学领域较早，可以预防、诊断和治疗疾病。
基于此，本文从现代生物技术的内涵入手，讨论现代生物技术在医学领域的应用，希望对相关研究带来帮助。
关键词：现代生物技术；医学领域；应用生物技术基于现代生命科学，再造和利用生物成分，其涉及生物学、细胞生物学、遗传学、免疫学、物理学、化学、计算机等学科，当前已经在医学领域得到了深入应用，以下进行相关分析。
一、现代生物技术的内涵现代生物技术基于现代生命科学对生物组织以及细胞特征加以利用，研究内容主要包括基因工程、细胞工程、蛋白质工程，该技术随着科技的进步已经用于诸多领域，其中在医学领域应用最为深入，主要如下：（一）细胞工程细胞工程是根据细胞学遗传学相关原理实现细胞大量繁殖或者快速繁殖，其中植物增殖以及细胞繁殖需要吸收大量营养并在特定条件下进行，如果失去营养物质细胞会停止增殖和繁殖。
细胞工程能够选择性的进行某种生物繁殖，由此避免物种灭绝，而新物种出现后可通过细胞工程大量繁殖，由此满足相关研究。
细胞工程通过细胞快速繁殖得到患者体内缺失的白细胞以及细小板，由此在医学上修复器官，让患者受损器官缺失成分得到补充并恢复健康。
医学工程还能够进行器官培养移植到患者体内，由此除去坏死器官，挽救患者生命。
尽管细胞工程所投入的时间和精力较大，不过在医学领域中的作用十分突出[1]。
（二）基因工程基因工程是对细胞基因拼凑和改造的生物技术，相比生物工程基因工程实施难度更大，现阶段生物学理论提出生物性状将DNA作为蓝图，进而在后天环境中体现出显性或者隐性，通过人工形式改变DNA实现人类选择生物整体进化方向。
与此同时，基因工程可通过人工手段拼接和重组，人们利用基因工程可以定向选择生物所需性状，由此获取生物信息[2]。
（三）酶工程在酶催化作用下发展的酶工程受到医学领域的高度关注，酶是一种高效、无害的催化剂，具有催化细胞的作用，可以促进细胞生命活动。
分子生物学检验技术基本知识点
分子生物学基本知识点一、填充题1、质粒按功能分类有F质粒、R质粒和Col质粒。
2、基因病分为单基因病和多基因病。
3、分子杂交反应主要由预杂交、杂交和洗脱三个步骤组成。
4、临床基因扩增检验实验室必须包括四个工作区域①试剂贮存和准备区；②标本制备区；③扩增反应区；④产物分析区。
5、肿瘤发生分三个阶段：启动阶段、促癌阶段和转化阶段。
6、生物芯片技术是根据生物分子之间特异性相互作用的原理，如DNA-DNA、DNA-RNA、抗原-抗体、受体-配体之间可以发生的复性与特异性结合，设计其中的一方为探针。
7、核酸分子杂交技术按杂交探针标记的不同可以分为同位素杂交和非同位素杂交。
8、PCR反应中，模板包括基因组DNA、RNA、质粒DNA和线粒体DNA。
9、DNA芯片技术可应用于基因诊断、DNA序列测序、临床药物筛选以及其它领域。
10、质粒提取方法主要有碱裂解法、煮沸裂解法、SDS裂解法和其它方法。
11、PCR反应中的dNTP指的是dATP、dCTP、dGTP和dTTP四种脱氧核苷三磷酸。
12、在试管中进行的DNA复制过程称为PCR，其反应基本过程有变性、退火（杂交）和延伸。
DNA双螺旋的氢键断裂是在变性步骤中。
13、基因重组中用来识别和切割双链DNA分子中特定核甘酸序列的酶是限制性内切酶，若产生的缺口错开突出，称为粘末端。
若产生的缺口不错开，称为平末端。
14、国家级的蛋白质数据库有蛋白质序列数据库、蛋白质结构数据库、蛋白质直系同源簇数据库和DIP数据库。
15、转位的遗传效应是基因重排、引起突变和引人新的基因。
16、根据杂交核酸分子的种类，可以将核酸分子杂交分为DNA与DNA杂交，DNA与RNA 杂交和RNA与RNA杂交。
17、常用的DNA重组载体有：质粒载体、噬菌体载体、穿梭载体和人工染色体。
18、基因工程中，平末端连接法主要有平接法、同聚体加尾法和人工接头法三种方法。
19、聚合酶链反应条件主要是温度、时间和循环次数。
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（3）耐药性检测 结核分支杆菌耐药性检测芯片等。
生物芯片的优、缺点
优点： 1）高通量性：可同时并行分析成千上万种分子。
节省时间。 2）微型化，实验所需试剂用量少。 3）高度自动化。
缺点：在同一温度下杂交，不同探针杂交效率不同。
生物芯片于一般分子杂交比较
基因芯片(gene chip)又称DNA芯片(DNA chip)或DNA微阵列(DNA micro-array)。 基因是载有生物体遗传信息的基本单位，存 在于细胞的染色体上。将大量的基因片段有 序地、高密度地排列在玻璃片或纤维膜等载 体上，称之为基因芯片。
基因芯片发展历史
Southern & Northern Blot Dot Blot
信息通量
生物芯片
Southern 等
高，几千-几十万点/cm2 低
自动化程度 高
低
研究的速度 快
慢
实验结果的 好
低
平行性
存在问题
基因芯片的缺点在于其不能对待检测基因在多细 胞类型组织中的精确定位进行判断,在这点上， Northern也一样，而原位杂交技术可以克服此缺 点。另外很多蛋白质调节其功能不主要是依赖其 是否表达或表达量高低，而是依赖蛋白质磷酸化去磷酸化等方式。在这种情况下，用核酸类生物 芯片就没有什么意义了，正在研究开发中的蛋白 类芯片可能会有所作为的。
（一）芯片制备
1.合成探针 基因组探针 cDNA探针 寡核苷酸探针
2.探针在载体表面的固定 固相载体 固体片状：主要有玻片、硅片和瓷片等； 薄膜状：有硝酸纤维素膜、尼龙膜以及聚丙烯膜等。
探针在载体表面的固定可分为两大类方法： ➢ 合成后点样，多用于大片段DNA，有时也
用于寡核苷酸，甚至mRNA。 ➢ 原位合成（即在支持物表面原位合成寡核苷
谢谢了解！
2004年9月24日
第31页
计算机
基因芯片扫描结果
不同的颜色代表一个探针点杂交上的带荧光标记 的核酸分子数的差异。红〉黄〉绿〉兰〉紫
GENERAL SCANNING - ScanArray System
三、基因芯片的应用
（一）寻找和发现新基因 （二）基因表达分析 （三）DNA序列测定与序列间比较 （四）突变体和多态性的检测
酸探针），适用于寡核苷酸。
（二）样品制备
常见的基因芯片实验样品有DNA、 mRNA(cDNA)两种。根据样品来源、基因 含量及检测方法和分析目的不同，采用的基 因分离、扩增及标记方法各异。
（三）杂交反应
杂交反应是荧光标记的样品与芯片上的探针进 行的反应产生一系列信息的过程。 过程类似于一般的杂交法。 把要杂交的分子的溶液覆盖芯片的探针，用盖玻 片覆盖，即可杂交。
表达谱芯片实例
PCR法从外周血淋巴细 胞cDNA扩增产物扩增产物点样于 包被的玻片上
热击T细 胞cDNA
DNA芯片
杂交
杂交 激光共聚焦扫描
未处理的 细胞 cDNA
发现17个差异表达基因,11个被热诱导,6个 被热抑制,发现其中3个为未发现的新基因
（五）在疾病诊断的应用
（1）感染性疾病的诊断 性传播疾病、肝炎等。
（四）信号检测和分析
在杂交反应完成后，将矩阵插入扫描仪中。 主要为荧光法，其重复性较好，不足的是灵敏 度仍较低。 目前正在发展的方法有质谱法、化学发光法、 光导纤维法等。
基因芯片杂交结果要用专用的扫描系 统读取。
D
B
E
A
B
放大器
数模转
C
换器
A:激光器 B:滤光片 C:二色镜 D:反光镜 E:关栅
Macroarray
MicroarrBiblioteka y一、基因芯片的原理基因芯片技术是建立在基因探针和杂交测序技术 上的一种高效、快速的核酸序列分析手段。
基因芯片技术主要包括四个主要步骤：芯片制备、 样品制备、杂交反应和信号检测以及结果分析。
•基因芯片研制的总体蓝图
图11-1 基因芯片技术主要步骤
二、基因芯片技术
基因芯片技术本身有一些关键问题亟待解决： (1)基因芯片的特异性的提高 (2)样品制备和标记操作的简化 (3)增加信号检测的灵敏度 (4)高度集成化样品制备、基因扩增、核酸标记
及检测仪器的研制和开发。
制约基因芯片技术发展及应用的最主要的因素是这 种技术的成本较为昂贵，目前只有制药公司和少数研 究所才能承受。
三、生物芯片在医学中的应用
分子生物学、生物进化（生物起源及新物种鉴定） 生物医学（新药的筛选与合成，疾病诊断和治疗，如癌症、
早年性痴呆症等的病因研究）
农林科学（农作物育种改良、食品卫生监督、微生物检测） 环境科学 生化武器侦检 司法鉴定等
基因芯片
一、基因芯片的原理 二、基因芯片技术 三、基因芯片的应用