第1章 微阵列分析导论-PPT课件

芯片上每个点能和杂交液中的荧光标记的特异性cDNA杂
交，使得每个点的荧光信号和基因表达的丰度成正相关。
能够在基因组规模上对基因表达谱、患者基因型、药物代
谢、疾病的发生和进展过程进行快速和定量的分析。
应用领域：医学、农业、食品
微阵列的起源
生物芯片是随人类基因组计划启动和实施应运而生； 1991年Fodor等人首先提出DNA芯片的概念； 1991年Affymetrix率先生产世界上第一块基因芯片； 2019年第一块以玻璃为载体的基因芯片在美国斯坦福大
生物芯片原理与技术
易图永
生物安全科学技术学院生物信息系
二Ｏ一Ｏ年三月
课程学时安排
学时：50学时 安排：讲课34学时，实验16学时
学分：3分
成绩：考试占70％，实验和出勤占30％
生物芯片相关书籍
生物芯片分析－M.谢纳 著 生物芯片技术－邢婉丽 程京 著
生物芯片技术与应用详解－G.哈德 曼著
生物芯片－马立人 、蒋中华 著
基因芯片数据分析与处理－李瑶 著
DNA Microarray Data analysis－
Iiris Hovatta et al. 2019
Iiris Hovatta et al., (2019) DNA microarray Data Analysis, 2nd Edition., CSC; 2019.
学P.O.Brown实验室诞生，由Schena及其同事研究出 来的。目的是研究拟南芥的转录因子，从而快速而准确的 研究植物的基因表达过程，标志着生物芯片技术步入广泛 研究和应用时期；
生物芯片技术已成为功能基因组研究中最基本的实验手段
基因芯片技术的产生和发展
DNA体外聚合 重组DNA技术 PCR（聚合酶链反应）技术
对mRNA进行标记
杂交 细胞
mRNA
定量
微阵列芯片 基因表达资料
How?
gene
mRNA
靶标
标记探针
微阵列分析
微阵列分析（microarray analysis):利用微阵列芯片
通过一些实验步骤来研究生物、化学及物理方面的问题。
在微阵列分析中，从细胞中抽提得到mRNA，把mRNA进
行荧光标记，然后和含有基因序列的玻璃芯片进行杂交。
芯片打印仪
芯片杂交仪
芯片扫描仪
生物芯片技术简介

每个组织和细胞中包含各种生物大分子，如蛋白质、DNA和RNA
，为了解生物大分子与生命现象的关系，需要研究生物中所有不同 种类蛋白质和核酸的功能，而传统检测方法一次只能检测一个生物 大分子，生物芯片技术提供了高通量检测生物大分子的方法。
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
微阵列定义
规则的微阵列
规则的阵列是指阵列上待分析的单元按照行和列的方式进行排列的集合 微阵列上的点按照行和列规则地排列而非无规则排列；点的大小和点间
距均一而非不均一；点的位置明确而非模棱两可。
微阵列定义
显微尺度的点
显微尺度（microscopic):是一个物体若没有显微镜的
微阵列必须符合：
①有规则的； ②显微尺度的； ③平面的；
④特异性的。
吸附在玻璃基片上的靶标DNA分子。单链的靶标DNA分子和溶液中 荧光素标记的探针发Leabharlann Baidu杂交结合，使得芯片上的点呈现出荧光信号，信
号的强度和对应的基因表达水平成正相关，荧光信号的强度按照彩色模
式来赋予不同的颜色，基因的表达情况能够通过检测芯片上不同位置的 荧光信号来定量。
DNA杂交技术
核酸分子固相杂交方法
菌落原位杂交（Colony in situ hybridization） Southern印迹杂交（Southern blot） Northern印迹杂交（Northern blot） 斑点杂交（Dot blot） 组织原位杂交（Tissue in situ hybridization） 反向杂交，基因芯片的前身
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” 。
生物芯片主要特点
微型化
自动化 网络化
生物芯片类型
基因芯片gene chip
蛋白质芯片protein chip
组织芯片tissue microarray 微流体芯片和缩微芯片实验室
什么是微阵列？
微阵列(microarray):是一种平面的基质载体，它 上面规则地、特异性地吸附着基因或基因产物。
探 针
探针标记 – 放射性同位素标记，125I、32P、33P和35S 非放射性标记
– 荧光法，化学发光法，电化学发光法，生物发 光，显色法
探针种类（Probe type） – 基因组探针 – cDNA探针 – 寡聚核苷酸探针（Oligo）
探针的来源
DNA探针根据其来源有3种：
一种来自基因组中有关的基因本身，称为基因组探针（
genomic probe）；
另一种是从相应的基因转录获得了mRNA，再通过逆转
录得到的探针，称为cDNA 探针（ cDNA probe）。与 基因组探针不同的是，cDNA探针不含有内含子序列。
此外，还可在体外人工合成碱基数不多的与基因序列互补
的DNA片段，称为寡核苷酸探针。
微阵列是如何定义的？
在许多情况下，生物 学问题最终的解决都 源于技术上的突破。
——Mark Schena
本书共分为十六章，分届于三大部
分，第一部分为基础知识，包括概述、 微阵列基因芯片制备和检测技术以及统 计学基础；第二部分内容是数据处理方
法，包括实验设计、图像的获得和数据
的前处理、数据的须处理和归一化、差 异表达基因分析、芯片数据的可靠性分 析、聚类分析和可视化以及微阵列实验 中的分类方法；第三部分主要是与数据 挖掘和应用相关的内容，包括微阵列技 术的标难化、基因芯片数据的基因注释 和功能分析、系统生物学及基因调控网 络、基因芯片技术的应用——从基因筛 选到临床诊断、主要数据分析软件的介 绍和展望。