chip-03基因
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加寡核苷酸链 双链形成 连接 连接成功
阳性
连接失败
阴性
SNPs Typing~ by Polymerase(1)
加核苷酸 双链形成 聚合 延伸成功
阳性
延伸失败
阴性
STRs Typing(1)
侧视 重复单位 重复数 俯视
互补区
阵列 阵列与靶-报告分子杂交 连接
STRs Typing(2)
标记
0 1 2 3 4 5
FGR MYCL1 NMYC
Oncogene Targets On the AmpliOnc™ I Biochip
RAF1 HRAS1 EGFR1 REL PDGFRA CND1 INT2 MYB PIK3CA MET MYC ABL FGFR2 FGFR1 KRAS2 WNT1 GLI MDM2 CDK4
Hybridized probes hybridization
Miniaturized array
Solid support
探针阵列
生物素化靶RNA
杂交
结合抗体 成像
技 术 流 程
技 术 流 程
分类①
DNAChips Chips DNA
ExpressionChips Chips Genomic GenomicChips Chips Sequencing SequencingChips Chips Expression
1. Extract mRNA from tissue 2. Produce cDNA by RT & Label 3. Mix with labeled reference cDNA 4. Hybridize to Chip 5. Wash and Image
Tumor Sample
Normal Sample
序列 活化的芯片 光源
光敏剂
光源
A碱基结合 A掩膜
C掩膜
光激活
C碱基结合 光刻的芯片 重复循环
点制芯片
或
似，
装的
与传统 致，因 的化学
其
和
同的微
同一基
阵列的
A A G A GCT
AGCT A AGCT T C G A A GCT T C G A
AGCT G A
AGCT
T C G A T C G A
鉴别诊断
建立健康人全基因组表达谱
END
Summary 流程系统普通网格筛选靶制备标记 产生阵列材料
目标克隆重新 阵列测序
数据处理工具
输出数据 与其他多维连锁分析
Cancer Genome Anatomy Project
comparative genomic hybridization
芯片
克隆
处理
样品
CK
反转录
扩增 纯化 标记
单核苷酸多态性
小范围的DNA的单个碱基的变异
基因区分不同的个体:
芯片固定包含特定SNP的寡核苷酸序列 缺点: 个体DNA 每个个体必须用一片微矩阵或芯片检测
即大规模的昂贵的检测 杂交
如果一个特定的SNP存在 荧光标记的基因组探针→显示阳性信号 如果不存在→ → →不显示信号
SNPs Typing~ by Ligase
基本过程
Assay Formats Genomic
1. Extract genomic DNA from tissue 2. Label 3. Mix with labeled reference DNA 4. Hybridize to Chip 5. Wash and Image
分析方式
Expression
分类
②
类型特点
基因芯片研制
基因芯片的制备
固相支持物的预处理 ▼实性材料→ →硅芯片、玻片和瓷片等
▼膜性材料→ →聚丙烯膜、尼龙膜、硝酸纤维素膜等
实性材料需要进行预处理 Why ???
பைடு நூலகம்
● 使表面衍生出-OH、-NH2等活性基团，
● 合成前，光敏基团共价交联保护活性基团，
● 合成时，光照下除去保护，发生化学反应。
Comparison of DNA Chip Technologies
Oligo-Chip 8 n or 20 n ↓ ↓ Sequencing expression cDNA-Chip < 2,000 n ↓ expression Genomic Chip > 50,000 n ↓ genomic analysis
Prototype AmpliOnc™ I Biochip
This biochip contains all genomic regions that have been reported to be amplified in cancers.
AmpliOncTM I Biochip after hybridization; color composite of red, blue and green image
环氧基片
那么，膜性材料 需要包被氨基硅烷 或多聚Lys等 使其带上正电荷
吸附带负电荷的DNA探针
DNA方阵的构建
选择支持物→ 预处理
液相化学合成寡核苷酸链探针
或PCR技术扩增基因序列
光导化学合成寡核苷酸探针
纯化→定量分析
定量点样 紫外线交联固定
DNA微阵列或芯片
技术原理
技术流程
芯片基
光敏剂
3 1 2 4 5
6
7
8
9
10
11
12
JUNB HER2 AKT2 PDGFB 20q13 AR
YES1
FES AKT1
16
19
17 18
20
21
22
Y X
13
14
15
基因芯片技术应用
SNPs & STRs analysis
Single
Nucleotide Polymorphisms Short Tandem Repeats Polymerase Ligase
扫描
扫描仪机理
共聚焦光学
光电倍增管（PMTs）
CCD
图像输出格式：Tiff文档
杂交信号强弱用数值表示
数据的标准化
基因芯片扫描仪
数据分析
Ratio
Schaffer R., etc., The Plant Cell 2001, 13:113-123
基因表达谱分析
对基因表达的个体特
异性、组织特异性、发育 阶段特异性、分化阶段特 异性、病变特异性进行综 合分析，获得基因表达 谱，建立基因调控网络。
TCGAATGC
★ 可重叠7个碱基的8体亚序列
也可分解成7体，9体或其它整数（n体）亚序列
★ 测定5个亚全部序列
★ 重新组建原来的核苷酸排列顺序
借此原理 合成或应用已知序列的所有可能的n体寡核苷酸 将其固定在芯片表面 与标记的待测靶序列杂交 经过重新组合~~即得待测的DNA序列
基因芯片检测原理
得靶片段的信息，进行计算机分析。
Northern 杂交
Dot Blot杂交
DNA芯片
药物处理细 胞 总 mRNA
Cy5 标记
未处理的细 胞总 mRNA
Cy3 标记
杂交
PCR 制备固 相靶 基因
结果观察，信息分析
DNA Chip Technologies
Solid support (glass, plastic, metal, silicon) Miniaturized array of DNA (genetic material) Work on the biochemical principle of DNA/DNA hybridization Hybridized probes (DNA molecules) are fluorescently labeled
点样
杂交
激光
图 像 采 集 和 数 据 分
电脑分析
筛选出差别表达的基因共有903条
线粒体相关基因 过氧化物酶体相关基因 谷胱甘肽代谢相关基因 纤粘连蛋白基因 某些锌指蛋白基因 一些其他代谢相关基因 核糖体蛋白基因 翻译相关基因 细胞骨架基因 某些锌指蛋白基因 酪氨酸磷酸酶基因 酪氨酸激酶基因
肝癌细胞/正常肝细胞
变性
STRs Typing(3)
4
功能基因组学研究
生物信息学 资料分析
mRNA材料文本
功能基因组学方法
蛋白质检测
蛋白质分析
定量PCR
基因表达芯片
活组织芯片
基因功能分析研究
用特异性靶基因制芯片，
用来源不同的mRNA或逆转录的cDNA进行检测，
判断基因表达的特异性，
综合评定基因的功能。
鉴别诊断
A GCT
AGCT
T C G A
样品的准备
(1) 样品的分离纯化
(2) 样品的扩增
(3) 样品的标记 分子杂交 激光共聚焦荧光检测法
生物传感器法
水稻杂交 Results
Whole genome oligo (70mer) array 总RNA探针：
水稻panicles(红) 培养水稻细胞（绿）
Chapter 3
基因芯片
DNA Chip
基 因 芯 片
基本原理 核酸杂交技术 是基因芯片应用的基础。
将一系列的核酸片段固定在芯片载体上作为固 相靶片段（ target ），待测的核酸片段人工标记上 不同的荧光、或同位素等作为探针（ probe），一 定条件下两者杂交，根据杂交后不同的信号即可获
所有基因的聚类分析
列：不同基因 行：不同实验 红色：表达增强 绿色：表达减弱 黑色：不变
芯片杂交测序的原理
★ 任何线状的单链DNA或RNA序列 均可被分解成一系列碱基数固定、错落重叠的
寡核苷酸 GTACTCGAATGC
GTACTAGA
TACTCGAA
ACTCGAAT
分解成五个错开1个碱基
CTCGAATG
阳性
连接失败
阴性
SNPs Typing~ by Polymerase(1)
加核苷酸 双链形成 聚合 延伸成功
阳性
延伸失败
阴性
STRs Typing(1)
侧视 重复单位 重复数 俯视
互补区
阵列 阵列与靶-报告分子杂交 连接
STRs Typing(2)
标记
0 1 2 3 4 5
FGR MYCL1 NMYC
Oncogene Targets On the AmpliOnc™ I Biochip
RAF1 HRAS1 EGFR1 REL PDGFRA CND1 INT2 MYB PIK3CA MET MYC ABL FGFR2 FGFR1 KRAS2 WNT1 GLI MDM2 CDK4
Hybridized probes hybridization
Miniaturized array
Solid support
探针阵列
生物素化靶RNA
杂交
结合抗体 成像
技 术 流 程
技 术 流 程
分类①
DNAChips Chips DNA
ExpressionChips Chips Genomic GenomicChips Chips Sequencing SequencingChips Chips Expression
1. Extract mRNA from tissue 2. Produce cDNA by RT & Label 3. Mix with labeled reference cDNA 4. Hybridize to Chip 5. Wash and Image
Tumor Sample
Normal Sample
序列 活化的芯片 光源
光敏剂
光源
A碱基结合 A掩膜
C掩膜
光激活
C碱基结合 光刻的芯片 重复循环
点制芯片
或
似，
装的
与传统 致，因 的化学
其
和
同的微
同一基
阵列的
A A G A GCT
AGCT A AGCT T C G A A GCT T C G A
AGCT G A
AGCT
T C G A T C G A
鉴别诊断
建立健康人全基因组表达谱
END
Summary 流程系统普通网格筛选靶制备标记 产生阵列材料
目标克隆重新 阵列测序
数据处理工具
输出数据 与其他多维连锁分析
Cancer Genome Anatomy Project
comparative genomic hybridization
芯片
克隆
处理
样品
CK
反转录
扩增 纯化 标记
单核苷酸多态性
小范围的DNA的单个碱基的变异
基因区分不同的个体:
芯片固定包含特定SNP的寡核苷酸序列 缺点: 个体DNA 每个个体必须用一片微矩阵或芯片检测
即大规模的昂贵的检测 杂交
如果一个特定的SNP存在 荧光标记的基因组探针→显示阳性信号 如果不存在→ → →不显示信号
SNPs Typing~ by Ligase
基本过程
Assay Formats Genomic
1. Extract genomic DNA from tissue 2. Label 3. Mix with labeled reference DNA 4. Hybridize to Chip 5. Wash and Image
分析方式
Expression
分类
②
类型特点
基因芯片研制
基因芯片的制备
固相支持物的预处理 ▼实性材料→ →硅芯片、玻片和瓷片等
▼膜性材料→ →聚丙烯膜、尼龙膜、硝酸纤维素膜等
实性材料需要进行预处理 Why ???
பைடு நூலகம்
● 使表面衍生出-OH、-NH2等活性基团，
● 合成前，光敏基团共价交联保护活性基团，
● 合成时，光照下除去保护，发生化学反应。
Comparison of DNA Chip Technologies
Oligo-Chip 8 n or 20 n ↓ ↓ Sequencing expression cDNA-Chip < 2,000 n ↓ expression Genomic Chip > 50,000 n ↓ genomic analysis
Prototype AmpliOnc™ I Biochip
This biochip contains all genomic regions that have been reported to be amplified in cancers.
AmpliOncTM I Biochip after hybridization; color composite of red, blue and green image
环氧基片
那么，膜性材料 需要包被氨基硅烷 或多聚Lys等 使其带上正电荷
吸附带负电荷的DNA探针
DNA方阵的构建
选择支持物→ 预处理
液相化学合成寡核苷酸链探针
或PCR技术扩增基因序列
光导化学合成寡核苷酸探针
纯化→定量分析
定量点样 紫外线交联固定
DNA微阵列或芯片
技术原理
技术流程
芯片基
光敏剂
3 1 2 4 5
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JUNB HER2 AKT2 PDGFB 20q13 AR
YES1
FES AKT1
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Y X
13
14
15
基因芯片技术应用
SNPs & STRs analysis
Single
Nucleotide Polymorphisms Short Tandem Repeats Polymerase Ligase
扫描
扫描仪机理
共聚焦光学
光电倍增管（PMTs）
CCD
图像输出格式：Tiff文档
杂交信号强弱用数值表示
数据的标准化
基因芯片扫描仪
数据分析
Ratio
Schaffer R., etc., The Plant Cell 2001, 13:113-123
基因表达谱分析
对基因表达的个体特
异性、组织特异性、发育 阶段特异性、分化阶段特 异性、病变特异性进行综 合分析，获得基因表达 谱，建立基因调控网络。
TCGAATGC
★ 可重叠7个碱基的8体亚序列
也可分解成7体，9体或其它整数（n体）亚序列
★ 测定5个亚全部序列
★ 重新组建原来的核苷酸排列顺序
借此原理 合成或应用已知序列的所有可能的n体寡核苷酸 将其固定在芯片表面 与标记的待测靶序列杂交 经过重新组合~~即得待测的DNA序列
基因芯片检测原理
得靶片段的信息，进行计算机分析。
Northern 杂交
Dot Blot杂交
DNA芯片
药物处理细 胞 总 mRNA
Cy5 标记
未处理的细 胞总 mRNA
Cy3 标记
杂交
PCR 制备固 相靶 基因
结果观察，信息分析
DNA Chip Technologies
Solid support (glass, plastic, metal, silicon) Miniaturized array of DNA (genetic material) Work on the biochemical principle of DNA/DNA hybridization Hybridized probes (DNA molecules) are fluorescently labeled
点样
杂交
激光
图 像 采 集 和 数 据 分
电脑分析
筛选出差别表达的基因共有903条
线粒体相关基因 过氧化物酶体相关基因 谷胱甘肽代谢相关基因 纤粘连蛋白基因 某些锌指蛋白基因 一些其他代谢相关基因 核糖体蛋白基因 翻译相关基因 细胞骨架基因 某些锌指蛋白基因 酪氨酸磷酸酶基因 酪氨酸激酶基因
肝癌细胞/正常肝细胞
变性
STRs Typing(3)
4
功能基因组学研究
生物信息学 资料分析
mRNA材料文本
功能基因组学方法
蛋白质检测
蛋白质分析
定量PCR
基因表达芯片
活组织芯片
基因功能分析研究
用特异性靶基因制芯片，
用来源不同的mRNA或逆转录的cDNA进行检测，
判断基因表达的特异性，
综合评定基因的功能。
鉴别诊断
A GCT
AGCT
T C G A
样品的准备
(1) 样品的分离纯化
(2) 样品的扩增
(3) 样品的标记 分子杂交 激光共聚焦荧光检测法
生物传感器法
水稻杂交 Results
Whole genome oligo (70mer) array 总RNA探针：
水稻panicles(红) 培养水稻细胞（绿）
Chapter 3
基因芯片
DNA Chip
基 因 芯 片
基本原理 核酸杂交技术 是基因芯片应用的基础。
将一系列的核酸片段固定在芯片载体上作为固 相靶片段（ target ），待测的核酸片段人工标记上 不同的荧光、或同位素等作为探针（ probe），一 定条件下两者杂交，根据杂交后不同的信号即可获
所有基因的聚类分析
列：不同基因 行：不同实验 红色：表达增强 绿色：表达减弱 黑色：不变
芯片杂交测序的原理
★ 任何线状的单链DNA或RNA序列 均可被分解成一系列碱基数固定、错落重叠的
寡核苷酸 GTACTCGAATGC
GTACTAGA
TACTCGAA
ACTCGAAT
分解成五个错开1个碱基
CTCGAATG