DNA微阵列技术介绍及其应用
DNA微阵列技术介绍及其应用
DNA微阵列技术（microarray）指在固体表面（玻璃片或尼龙膜）上固定成千上万DNA克隆片段，人工合成的寡核苷酸片段，用荧光或其他标记的mRNA,cDNA或基因组DNA探针进行杂交，从而同时快速检测多个基因表达状况或发现新基因，快速检测DNA序列突变，绘制SNP遗传连锁图，进行DNA序列分析等的一种新技术，其基本原理是基于Southern杂交或斑点杂交技术。将DNA 微阵列称为基因芯片实际上是不确切的。生物芯片(bioship) 属于分子生物电子学范畴，只采用DNA或蛋白质等生物高分子为骨架制成大规模集成电路，用于研制第六代智能计算机。
DNA 微阵列有两种基本形式，即点样型DNA 微阵列和原位合成型DNA 微阵列。
点样型DNA 微阵列，通过PCR扩增的上万个DNA克隆，或常规合成的寡合苷酸被点样固定在一定固体表面（玻璃片，尼龙膜），用一组标记探针单独或混合处理检测。
制备方法：采用常规技术制备DNA，用点样仪自动点样在玻璃片上。1.制备DNA片段：采用特异引物从各个克隆进行PCR扩增或将基因组DNA克隆到通用载体，然后纯化后重悬浮于
3*SSC，使终浓度为0.5ug/ul. 2.微阵列制作：玻璃片清洗，包被多聚赖氨酸（35ml 多聚赖氨酸，35ml PBS,280ml ddH2O)，双蒸水冲洗，干燥。用微阵列仪点样，每种样品放
5nl，用介层连接
确定其互补序列。
制备方法：可改装一台半导体光印刷仪，采用光导向结合化学原理合成各种寡核苷酸探针。1.玻璃片清洗后包被一层多聚赖氨酸。2.在玻璃片上每个一定间距连接上带有光不稳定保护基的羟基。3.UV照射，通过光印刷仪的遮盖膜使UV只穿过特定微孔射向玻璃片，将孔下的光不稳定保护基除去，产生自由羟基。4.加入5’端带光不稳定保护基的磷酰胺碱基与自由羟基连接。
5.使遮盖膜微孔对准邻侧另一光不稳定保护基，重复4.5.依次有序进行，第一层碱基连接完毕后再进行第二层第三层.......。核苷酸探针的排列组成必须严格有序。
靶DNA与微阵列杂交及荧光标记检测：在检测靶基因不同表达水平时，常用一组不同荧光标记的mRNA和cDNA探针进行杂交。探针与微阵列在65度杂交16小时，依次用
0.5*SSC,0.01%SDS,0.006*SSC在室温下洗5min,除去未结合探针。然后用连接电脑的倒置扫描共聚焦显微镜阅读微阵列，扫描和资料分析。一般采用分析红色和绿色荧光杂交强度和比例的软件分析。
DNA微阵列技术的应用
一，检测基因表达水平及识别基因序列。Schena等1996年用拟南芥光调基因微阵列，以不同器官中的mRNA为探针，检测其基因表达水平，结果表明叶mRNA的表达水平是根的500倍。Shelon等1996年将酿酒酵母基因组DNA克隆制成微阵列，用6条最大染色体和10
条最小染色体DNA探针分别标记上红，绿荧光标记进行杂交检测，结果表明95%的克隆在染色体上的定位与文献报道一致。Milosaljevic等1996年将大肠杆菌基因组DNA的15328个克隆制成微阵列，用997众寡核苷酸探针进行杂交检测，汇总结果通过计算机与E.coli序列资料库相比较，用此技术一次可识别4.6MbDNA序列结构。
二，检测表达状况，发现新基因。Wodicka1997年将覆盖酵母基因组全部ORF的26万种25mer探针，阵列于4张玻片，每张6.5万个探针，将酵母分加富和低限两组培养，研究不同生长条件下基因表达水平，结果表明90%的基因在两种条件下均表达，36种mRNA更多地在加富培养下表达，140种mRNA在低限培养中表达。此外，还发现了一批未见报道的新基因。
三，检测突变和多态性进行遗传作图。Hacia等1996年用96600寡核苷酸阵列，检测人癌基因BRCA1突变情况，将15个患者样品和对照样品分别用两种荧光标记，发现14人的该基因发生了一个剪辑突变，共出现8种多态性，突变表现在该基因外显子2的第22个密码子内。利用SNP制作人类遗传图谱，将是第三代遗传图谱，此技术完全以DNA微阵列为基础。四，DNA序列分析。Donnel等1992，Pease等1994，Yershow等1996，Wallraff 等1997都报道了采用DNA微阵列技术进行DNA序列分析。多数研究者采用先合成寡核苷酸序列制作微阵列，然后与标记的未知DNA序列杂交，通过荧光共聚焦显微镜扫描，计算机软件分析得出数据，也有研究者将被测DNA片断阵列，以标记的寡合苷酸为探针杂交测序。
基因微阵列数据中的聚类技术研究
基因微阵列数据中的聚类技术研究 第l6卷第2期 2006年2月 计算机技术与发展 C()NIPUTERTE({N0l)【YANI)I)EVE1』)ljMEN7, V(,l16NO.2 Feb.2006 基因微阵列数据中的聚类技术研究 马煜,陈莉,方鹤鹤 (西北大学计算机科学系,陕西西安710069) 摘要:微阵列技术是后基因时代功能基因组研究的主要工具.由于采用了高效的并行杂交技术,每次实验可以得到大量 丰富的数据,因此其结果分析成为一项很有挑战性而且具有重要意义的工作.聚类分析是微阵列数据分析中使用最为广 泛的一类方法.微阵列实验得到的大量数据通过聚类分析,可以得到很多有用的信息,其成功应用已广泛涉及到基因功能 研究和生物医学研究中的各个领域.文中介绍了基因微阵列数据的聚类分析方法及其重要应用. 关键词:微阵列;基因表达谱;聚类分析 中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1005—3751(2006)02一Ol17—03 ClusteringAnalysisofMicroarrayGeneExpressionData MAYu,CHENLi,FANGHe-he (DepartmentofComputerScience,NorthwestUniversity,Xi'an710069,China) Abstract:Microarraytechnologyisthechieftoolforfunctionalgenomeresearch.Asadoptin gthehighefficientandparallelDNAhy? bridizaitontechnology,canachieveadundantdatafromeachexperiment,sothedataanalysis ofmicroarraysdatabecomesamorechalleng?
2014年染色体微阵列分析技术在产前诊断中的应用专家共识
染色体微阵列分析技术在产前诊断中的应用专家共识 染色体微阵列分析技术在产前诊断中的应用协作组 目前，G 显带染色体核型分析技术仍然是细胞遗传学产前诊断的“金标准”，但该技术具有细胞培 养耗时长、分辨率低以及耗费人力的局限性。包括荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization，FISH) 技术在内的快速产前诊断技术的引入虽然具有快速及特异性高的优点，但还不能 做到对染色体组的全局分析。 染色体微阵列分析(chromosomal mlcroarray analysis，CMA) 技术又被称为“分子核型分析”， 能够在全基因组水平进行扫描，可检测染色体不平衡的拷贝数变异(copy number variant,CNV)，尤其是 对于检测染色体组微小缺失、重复等不平衡性重排具有突出优势。 根据芯片设计与检测原理的不同，CMA 技术可分为两大类：基于微阵列的比较基因组杂交(array- based comparative genomic hybridization ，aCGH) 技术和单核苷酸多态性微阵列(single nucleotide polymorphism array，SNP array) 技术。 前者需要将待测样本DNA 与正常对照样本DNA 分别标记、进行竞争性杂交后获得定量的拷贝数 检测结果，而后者则只需将待测样本DNA 与一整套正常基因组对照资料进行对比即可获得诊断结果。 通过aCGH 技术能够很好地检出CNV，而SNP array 除了能够检出CNV 外，还能够检测出大多 数的单亲二倍体(uniparental disomy，UPD) 和三倍体，并且可以检测到一定水平的嵌合体。而设计涵 盖CNV+SNP 检测探针的芯片，可同时具有CNV 和SNP 芯片的特点。 2010 年，国际细胞基因组芯片标准协作组(lntemational Standards for Cytogenomic Arrays Consortium，ISCA Consortium) 在研究了21698 例具有异常临床表征，包括智力低下、发育迟缓、多 种体征畸形以及自闭症的先证者的基础上，发现aCGH 技术对致病性CNV 的检出率为 12.2%，比传统 G 显带核型分析技术的检出率提高了10%。 因此，ISCA Consortium 推荐将aCGH 作为对原因不明的发育迟缓、智力低下、多种体征畸形以及 自闭症患者的首选临床一线检测方法。近年来，CMA 技术在产前诊断领域中的应用越来越广泛，很多研 究也证明了该技术具有传统胎儿染色体核型分析方法所无法比拟的优势。 CMA 对非整倍体和不平衡性染色体重排的检出效率与传统核型分析方法相同，并具有更 高的分辨率和敏感性，且CMA 还能发现额外的、有临床意义的基因组CNV，尤其是对于产前超声检查发现胎儿结构异常者，CMA 是目前最有效的遗传学诊断方法。 基于上述研究结果，不少学者认为，CMA 技术有可能取代传统的核型分析方法，成为产前遗传学诊断的一线技术。但到目前为止，尚缺乏基于人群的大规模应用研究结果。 目前，在国内CMA 只有少数具有技术条件和资质的医疗机构进行了小规模的探索，大致有以下几类临床应用情况： 1．儿童复杂、罕见遗传病，如：智力障碍、生长发育迟缓、多发畸形、孤独症样临床表现，排除染色体病、代谢病和脆性X 综合征之后的全基因组CNV 检测。 2．对自然流产、胎死宫内、新生儿死亡等妊娠产物(product of concept，POC) 的遗传学检测。 3．对产前诊断中核型分析结果异常，但无法确认异常片段的来源和性质者进行DNA 水平的更精细分析。 4．对产前超声检查异常而染色体核型分析结果正常的胎儿进一步行遗传学检测。 在产前诊断领域中，CMA 的应用主要在后两种情况中。虽然目前应用研究的范围不广，积累的例数也不多，但却显现出一些问题的存在，主要表现在： 1．在部分开展应用的医疗机构，对CMA 检测前和检测后的产前咨询能力存在不足。
基因芯片数据功能分析
生物信息学在基因芯片数据功能分析中的应用 2009-4-29 随着人类基因组计划(Human Genome Project)即全部核苷酸测序的即将完成，人类基因组研究的重心逐渐进入后基因组时代(Postgenome Era)，向基因的功能及基因的多样性倾斜。通过对个体在不同生长发育阶段或不同生理状态下大量基因表达的平行分析，研究相应基因在生物体内的功能，阐明不同层次多基因协同作用的机理，进而在人类重大疾病如癌症、心血管疾病的发病机理、诊断治疗、药物开发等方面的研究发挥巨大的作用。它将大大推动人类结构基因组及功能基因组的各项基因组研究计划。生物信息学在基因组学中发挥着重大的作用, 而另一项崭新的技术——基因芯片已经成为大规模探索和提取生物分子信息的强有力手段，将在后基因组研究中发挥突出的作用。基因芯片与生物信息学是相辅相成的，基因芯片技术本身是为了解决如何快速获得庞大遗传信息而发展起来的，可以为生物信息学研究提供必需的数据库，同时基因芯片的数据分析也极大地依赖于生物信息学，因此两者的结合给分子生物学研究提供了一条快捷通道。 本文介绍了几种常用的基因功能分析方法和工具： 一、GO基因本体论分类法 最先出现的芯片数据基因功能分析法是GO分类法。Gene Ontology（GO，即基因本体论）数据库是一个较大的公开的生物分类学网络资源的一部分，它包含38675 个Entrez Gene注释基因中的17348个，并把它们的功能分为三类：分子功能，生物学过程和细胞组分。在每一个分类中，都提供一个描述功能信息的分级结构。这样，GO中每一个分类术语都以一种被称为定向非循环图表（DAGs）的结构组织起来。研究者可以通过GO分类号和各种GO数据库相关分析工具将分类与具体基因联系起来，从而对这个基因的功能进行描述。在芯片的数据分析中，研究者可以找出哪些变化基因属于一个共同的GO功能分支，并用统计学方法检定结果是否具有统计学意义，从而得出变化基因主要参与了哪些生物功能。 EASE（Expressing Analysis Systematic Explorer）是比较早的用于芯片功能分析的网络平台。由美国国立卫生研究院（NIH）的研究人员开发。研究者可以用多种不同的格式将芯片中得到的基因导入EASE 进行分析，EASE会找出这一系列的基因都存在于哪些GO分类中。其最主要特点是提供了一些统计学选项以判断得到的GO分类是否符合统计学标准。EASE 能进行的统计学检验主要包括Fisher 精确概率检验，或是对Fisher精确概率检验进行了修饰的EASE 得分（EASE score）。 由于进行统计学检验的GO分类的数量很多，所以EASE采取了一系列方法对“多重检验”的结果进行校正。这些方法包括弗朗尼校正法（Bonferroni），本杰明假阳性率法（Benjamini falsediscovery rate）和靴带法（bootstraping）。同年出现的基于GO分类的芯片基因功能分析平台还有底特律韦恩大学开发的Onto-Express。2002年，挪威大学和乌普萨拉大学联合推出的Rosetta 系统将GO分类与基因表达数据相联系，引入了“最小决定法则”（minimal decision rules）的概念。它的基本思想是在对多张芯片结果进行聚类分析之后，与表达模式
基于微阵列的比较基因组分析
微阵列芯片（Microarray）以高密度阵列为特征。其基础研究始于20世纪80年代末，本质上是一种生物技术，主要是在生物遗传学领域发展起来的。 微阵列分为cDNA微阵列和寡聚核苷酸微阵列.微阵列上"印"有大量已知部分序 列的DNA探针,微阵列技术就是利用分子杂交原理,使同时被比较的标本(用同位素或荧光素标记)与微阵列杂交,通过检测杂交信号强度及数据处理,把他们转化成不同标 本中特异基因的丰度,从而全面比较不同标本的基因表达水平的差异.微阵列技术是一种探索基因组功能的有力手段. 其发展契机主要来自于现代遗传学的一些重要发现，并直接收益于该领域的某些重要研究成果，即在载体上固定寡核苷酸的基础上以杂交法测序的技术。因此发展早期，微阵列芯片有时被通俗的称为“生物芯片（Biochip）”，目前媒体和科普读物中仍然常用该名称。微阵列芯片经过近十年的主要发展期，国内外学术界渐渐采用名称Microarray（微阵列芯片），而Biochip（生物芯片）由于这名称容易混淆微阵列芯片和微流控芯片，渐渐该领域用的越来越少了。 比较基因组杂交技术 比较基因组杂交（comparative genomic hybridization,CGH）是自1992年后发展起来的一种分子细胞遗传学技术，它通过单一的一次杂交可对某一肿瘤整个基因组的染色体拷贝数量的变化进行检查。其基本原理是用不同的荧光染料通过缺口平移法分别标记肿瘤组织和正常细胞或组织的DNA制成探针，并与正常人的间期染色体进行共杂交，以在染色体上显示的肿瘤与正常对照的荧光强度的不同来反映整个肿瘤基因组DNA表达状况的变化，再借助于图像分析技术可对染色体拷贝数量的变化进行定量研究。 CGH技术的优点：1.实验所需DNA样本量较少，做单一的一次杂交即可检查肿瘤整个基因组的染色体拷贝数量的变化。2.此法不仅适用于外周血、培养细胞和新鲜组织样本的研究，还可用于对存档组织的研究，也可用于因DNA量过少而经PCR扩增的样本的研究。CGH技术的局限性：CGH技术所能检测到的最小的DNA扩增或丢失是在3-5Mb,故对于低水平的DNA扩增和小片段的丢失会漏检。此外在相差染色体的拷贝数量无变化时，CGH技术不能检测出平等染色体的易位。
基因芯片数据处理流程与分析介绍
基因芯片数据处理流程与分析介绍 关键词：基因芯片数据处理 当人类基因体定序计划的重要里程碑完成之后，生命科学正式迈入了一个后基因体时代，基因芯片(microarray) 的出现让研究人员得以宏观的视野来探讨分子机转。不过分析是相当复杂的学问，正因为基因芯片成千上万的信息使得分析数据量庞大，更需要应用到生物统计与生物信息相关软件的协助。要取得一完整的数据结果，除了前端的实验设计与操作的无暇外，如何以精确的分析取得可信数据，运筹帷幄于方寸之间，更是画龙点睛的关键。 基因芯片的应用 基因芯片可以同时针对生物体内数以千计的基因进行表现量分析，对于科学研究者而言，不论是细胞的生命周期、生化调控路径、蛋白质交互作用关系等等研究，或是药物研发中对于药物作用目标基因的筛选，到临床的疾病诊断预测，都为基因芯片可以发挥功用的范畴。 基因表现图谱抓取了时间点当下所有的动态基因表现情形，将所有的探针所代表的基因与荧光强度转换成基本数据(raw data) 后，仿如尚未解密前的达文西密码，隐藏的奥秘由丝丝的线索串联绵延，有待专家抽丝剥茧，如剥洋葱般从外而内层层解析出数千数万数据下的隐晦含义。 要获得有意义的分析结果，恐怕不能如泼墨画般洒脱随兴所致。从raw data 取得后，需要一连贯的分析流程(图一)，经过许多统计方法，才能条清理明的将raw data 整理出一初步的分析数据，当处理到取得实验组除以对照组的对数值后(log2 ratio)，大约完成初步的统计工作，可进展到下一步的进阶分析阶段。
图一、整体分析流程。基本上raw data 取得后，将经过从最上到下的一连串分析流程。(1) Rosetta 软件会透过统计的model，给予不同的权重来评估数据的可信度，譬如一些实验操作的误差或是样品制备与处理上的瑕疵等，可已经过Rosetta error model 的修正而提高数据的可信值；(2) 移除重复出现的探针数据；(3) 移除flagged 数据，并以中位数对荧光强度的数据进行标准化(Normalized) 的校正；(4) Pearson correlation coefficient (得到R 值) 目的在比较技术性重复下的相似性，R 值越高表示两芯片结果越近似。当R 值超过0.975，我们才将此次的实验结果视为可信，才继续后面的分析流程；(5) 将技术性重复芯片间的数据进行平均，取得一平均之后的数据；(6) 将实验组除以对照组的荧光表现强度差异数据，取对数值(log2 ratio) 进行计算。 找寻差异表现基因 实验组与对照组比较后的数据，最重要的就是要找出显著的差异表现基因，因为这些正是条件改变后而受到调控的目标基因，透过差异表现基因的加以分析，背后所隐藏的生物意义才能如拨云见日般的被发掘出来。 一般根据以下两种条件来筛选出差异表现基因：(i) 荧光表现强度差异达2 倍变化(fold change 增加2 倍或减少2倍) 的基因。而我们通常会取对数(log2) 来做fold change 数值的转换，所以看的是log2 ≧1 或≦-1 的差异表现基因；(ii) 显著值低于0.05 (p 值< 0.05) 的基因。当这两种条件都符合的情况下所交集出来的基因群，才是显著性高且稳定的差异表现基因。
基于 DNA 微阵列的基因表达数据管理和分析
基于DNA微阵列的基因表达数据管理和分析 029129 谢建明 2002年10月 摘要：DNA微阵列是生命科学研究的重要工具，在疾病诊断、药物开发等领域得到了广泛应用。在应用过程中，产生了大量的数据，这些数据的存储、分发和数据挖掘成为DNA微阵列能被推广应用的关键技术。本论文简单介绍了这两方面的研究现状。 关键词：DNA微阵列数据挖掘数据仓库标准基因表达分析 一、引言 DNA微阵列（DNA microarray）,也叫基因芯片，是近几年发展起来的一种能快速、高效检测DNA片段序列、基因型及其多态性或基因表达水平的新技术。它将几十个到上百万个不等的称之为探针的核苷酸序列固定在微小的（约1cm2）玻璃或硅片等固体基片或膜上，该固定有探阵的基片就称之为DNA微阵列。它利用核苷酸分子在形成双链时遵循碱基互补原则，可以检测出样本中与探阵阵列中互补的核苷酸片段，从而得到样本中关于基因结构和表达的信息。它的技术来源追溯到一个多世纪之前，Ed Southern发现被标记的核酸分子能够与另一被固化的核酸分子配对杂交。因此，Southern blot可被看做是最早的基因芯片。在八十年代，Bains W.等人就将短的DNA片断固定到支持物上，借助杂交方式进行序列测定。1995年，斯坦福大学开发出第一片cDNA芯片并用于生命科学研究，1998年美国Affymetrix公司将第一片带有13.5万个基因探阵的寡聚核苷酸芯片推向市场，标志着DNA微阵列的产业化，从此基因芯片或DNA微阵列的研究和应用得到了广泛的重视，可以说在生命科学研究界和产业界掀起了基因芯片热潮，1999年Nature出专刊介绍这门基因芯片及其应用。 基因芯片可用于DNA序列的再测序、基因SNP或多态性检测和基因表达分析。由于基因芯片技术是一种高通量检测技术，它可是并行的同时检测成百上千，甚至成千上万个基因的活动情况或DNA片段，改变了传统的每次只能检测一个基因的情况，因此能大大提高检测效率，降低检测成本，并保证了检测质量。基因芯片技术可广泛应用于疾病诊断和治疗、药物筛选、农作物的优育优选、司法鉴定、食品卫生监督、环境检测、国防、航天等许多领域。它将为人类认识生命的起源、遗传、发育与进化、为人类疾病的诊断、治疗和防治开辟全新的途径，为生物大分子的全新设计和药物开发中先导化合物的快速筛选和药物基因组学研究提供技术支撑平台。 通过基因表达谱的研究可以进行进一步的理论研究或应用研究。 1、理论研究。根据基因组基因表达谱可以进一步分析共表达基因是否存在共同的顺式调控元件，发现新的调控元件。此外，可以研究基因的调控规律，构建调控网络。 2、应用研究包括疾病诊断和药物开发。根据不同疾病状态下的差异表达谱的研究可以确定疾病的类型和进展。研究药物作用后基因表达谱的改变可以确定药物的毒性、预后和疗效，从而指导药物开发和临床合理用药。 在基于DNA微阵列的基因表达分析研究中，数据的分析和管理是一个关键性的问题，它直接影响了实验结果的准确型和实验的可靠性。
基因芯片技术及其应用简介(精)
基因芯片技术及其应用简介 生物科学学院杨汝琪 摘要:随着基因芯片技术的发展,基因芯片越来越多的被人们利用,它可应用于生活中的方方面面,如:它可以应用于医学、环境科学、微生物学和农业等多个方面,基因技术的发展将有利于社会进一步的发展。 关键词:基因芯片;技术;应用 基因(gene是载有生物体遗传信息的基本单位,存在于细胞的染色体(chromosome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(又称DNA 芯片、生物芯片。在一块1 平方厘米大小的基因芯片上,根据需要可固定数以千计甚至万计的基因片段,以此形成一个密集的基因方阵,实现对千万个基因的同步检测。基因芯片技术是近年来兴起的生物高新技术,把数以万计的基因片段以显微点阵的方式排列在固体介质表面,可以实现基因检测的快速、高通量、敏感和高效率检测,将可能为临床疾病诊断和健康监测等领域,带来全新的技术并开拓广阔的市场。 1 基因芯片技术原理及其分类 1.1基因芯片的原理: 基因芯片属于生物芯片的一种"其工作原理是:经过标记的待测样本通过与芯片上特定位置的探针杂交,可根据碱基互补配对的原则确定靶序列[1],经激光共聚集显微镜扫描,以计算机系统对荧光信号进行比较和检测,并迅速得出所需的信息"基因芯片技术比常规方法效率高几十到几千倍,可在一次试验中间平行分析成千上万个基因,是一种进行序列分析及基因表达信息分析的强有力工具。 1.2基因芯片分类: 1.2.1根据其制造方法可分原位合成法和合成后点样法;
1.2.2根据所用载体材料不同分为玻璃芯片!硅芯片等; 1.2.3根据载体上所固定的种类可分为和寡核苷酸芯片两种; 1.2.4根据其用途可分测序芯片!表达谱芯片!诊断芯片等 2 基因芯片技术常规流程 2.1 芯片设计根据需要解决的问题设计拟采用的芯片,包括探针种类、点阵数目、片基种类等。 2.2 芯片制备将DNA, cDNA或寡核昔酸探针固定在片基上的过程。从本质上可分为两大类fz} ,一类是在片基上直接原位合成,有光蚀刻法、压电印刷法和分子印章多次压印法三种;另一类是将预先合成的探针固定于片基表面即合成点样法。 2.3 样品制备常规方法提取样品总RNA,质检控制。再逆转录为。DNAo 2.4 样品标记在逆转录过程中标记荧光素等。 2.5 芯片杂交标记的cDNA溶于杂交液中,与芯片杂交。 2.6 芯片扫描一用激光扫描仪扫描芯片。 2.7 图像采集和数据分析专用软件分析芯片图像,然后对数据进行归一化,最后以差异为两倍的标准来确定差异表达基因。 2.8 验证用定量PCR或原位杂交验证芯片结果的可信性。 3基因芯片合成的主要方法 目前已有多种方法可以将基因片段(寡核苷酸或短肽固定到固相支持物上。这些方法总体上有两种: 3.1原位合成:
基因芯片技术及其应用(精)
基因芯片技术及其应用 李家兴1001080728 园艺107 基因芯片( gene chip, DNA chip, DNA microarray 又被称为DNA芯片、DNA微阵列和生物芯片, 是指以大量人工合成的或应用常规分子生物学技术获得的核酸片段作为探针, 按照特定的排列方式和特定的手段固定在硅片、载玻片或塑料片上, 一个指甲盖大小的芯片上排列的探针可以多达上万个[1- 3]。在使用时,先将所研究的样品标记, 然后与芯片上的寡聚核苷酸探针杂交,再用激光共聚焦显微镜等设备对芯片进行扫描, 配合计算机软件系统检测杂交信号的强弱, 从而高效且大规模地获得相关的生物信息。此项技术将大量的核酸分子同时固定在载体上, 一次可检测分析大量的DNA和RNA, 解决了传统核酸印迹杂交技术复杂、自动化程度低、检测目标分子数量少、成本高、效率低等的缺点[4]。此外, 通过设计不同的探针阵列( array , 利用杂交谱重建DNA序列, 还可实现杂交测序( sequencing by hybridization,SBH [5]。目前, 该技术在基因表达研究、基因组研究、序列分析及基因诊断等领域已显示出重要的理论和应用价值[6]。 1 基因芯片技术的产生和发展 21 世纪将是生命科学的世纪, 基因芯片技术是近年产生的一项生物高新技术, 它将像计算机一样成为21 世纪即将来临的又一次新兴革命的奠基石[7,8]。基因芯片技术的产生与发展与人类基因组计划(Human Genome Project, HGP 的研究密不可分[9]。人类基因组的大量信息需要有一种快速、敏感、平行检测的技术,随着越来越多的基因被解码, 基因的功能研究成为迫切需要解决的课题。在这一背景下, 以基因芯片技术为主体的生物芯片诞生了, 它被誉为是20 世纪90 年代中期以来影响最深远的重大科技进展之一。基因芯片技术充分结合灵活运用了寡核苷酸合成、固相合成、PCR 技术、探针标记、分子杂交、大规模集成电路制造技术、荧光显微检测、生物传感器及计算机控制和图像处理等多种技术, 体现了生物技术与其他学科相结合的巨大潜力。基因芯片技术的理论基础是核酸杂交理论, Southern 印迹可以看作是生物芯片的雏形; 其后, 人们又发明了一个以膜片为介质基础的克隆库扫描
个体化医学检测微阵列基因芯片技术规范
个体化医学检测 微阵列基因芯片技术规范
微阵列基因芯片是基于DNA分子杂交技术原理研制，通过探针结合碱基互补序列的单链核酸，从而确定其相应序列来识别基因或其产物。能够同时快速检测多个基因及其多个位点，在多态性分析、突变分析、基因表达谱测定及杂交测序等多领域具有广泛应用价值。 临床诊断技术使用的微阵列基因芯片，可快速鉴定病原体、检测遗传突变及基因表达，更早更方便的检测肿瘤基因标志，检测药物反应和代谢相关基因多态性来指导临床个体化治疗。 本规范旨在对个体化医学检测中采用微阵列基因芯片检测核酸序列以及基因表达进行一般性技术指导，不包括行政审批要求。 本规范由全国生物芯片标准化技术委员会（SAC/TC 421）提出。 本规范起草单位：全国生物芯片标准化技术委员会、清华大学医学院、生物芯片北京国家工程研究中心、北京博奥医学检验所。 本规范起草人：项光新、李元源、王辉、邓涛、孙义民、张治位、张川、邢婉丽、程京。
1.适用范围 (1) 2.声明/警告 (1) 3.术语和定义 (1) 4.样本处理 (2) 4.1样本类型 (2) 4.2样本采集、运输与保存 (3) 4.3样本质量保证 (3) 4.4样本信息保存 (3) 5.检测各步骤分述 (4) 5.1核酸分离 (4) 5.2核酸定量（如适用） (4) 5.3核酸扩增和标记 (4) 5.4芯片杂交 (5) 5.5信号采集和数据分析 (5) 6.结果报告 (5) 7.质量控制 (5) 8.注意事项 (6) 9.参考文献 (6)
1.适用范围 本规范适用于医疗机构开展微阵列基因芯片个体化医学检测服务。 检测服务需遵循国家卫生主管部门或各专业协会发布的疾病诊疗指南或国家卫生计生委医政医管局个体化医学检测技术专家委员会发布的个体化医学检测指南。 2.声明/警告 本规范所称微阵列基因芯片诊断技术是指从医疗机构获得的临床样本中，提取核酸（DNA或RNA），进行必要的扩增和标记，标记后的靶标与基因芯片进行分子杂交，通过基因芯片扫描仪器获得基因芯片杂交的图像与数据，经计算机程序分析，并给出检测报告的全过程。 3.术语和定义 （1）聚合酶链反应polymerase chain reaction（PCR） 聚合酶链反应或多聚酶链反应是一种对特定的DNA或RNA片段在体外进行快速扩增的方法。 （2）杂交hybridization 具有一定同源序列的两条核酸单链（DNA或RNA）可以通过氢键的方式，按碱基互补配对原则相结合。 （3）突变mutation 是细胞中DNA核苷酸序列发生了稳定的可遗传的改变。 （4）点重复spot replicates 每种探针在芯片上每个阵列中的重复次数。 （5）探针probe
基因芯片技术及其应用
基因芯片技术及其应用摘要： DNA芯片技术是指在固相支持物上原位合成寡核苷酸，或者直接将大量的DNA探针以显微打印的方式有序地固化于支持物表面，然后与标记的样品杂交，通过对杂交信号的检测分析，即可获得样品的遗传信息。由于常用计算机硅芯片作为固相支持物，所以称为DNA芯片。 关键词 DNA芯片制备检测应用 随着人类基因组计划的逐步实施以及分子生物学相关学科的迅猛发展，越来越多的动植物、微生物基因组测序得以测定，基因序列数据正在以前所未有的速度迅速增长。DNA芯片的出现是科学发展的必然产物。本文就DNA芯片的制备及其在医学领域的应用予以阐述。 1 基因芯片的制备及检测技术[1-4] 1.1 基因芯片的制备方法 1.1.1 原位合成法其中最具代表的是原位光刻合成法。该法是利用分子生物学、微电光刻技术及计算机技术等直接在基片上合成所需的DNA探针。除原位光刻合成法外，原位合成法还包括原位喷印合成和分子印章在片合成法。 1.1.2 直接点样法该法是将制备好的DNA（cDNA）片段直接点在芯片上。近来有人提出用电定位捕获法和选择性沉淀法制备芯片。 1.1.3 电定位捕获法是将生物素标记的探针在电场的作用下快速地固定在含有链霉素亲和素的琼脂糖凝胶膜上。由于生物素与链霉素亲和素的强亲合力，使得探针的固定更加容易和牢固。在电场的作用下，靶基因能快速地在杂交部位积聚，大大缩短了杂交时间，提高了杂交的效率，且改变电场电极的方向可以除去未杂交或低效率杂交的靶基因。 1.1.4 选择性沉淀法该技术是用金属纳米粒标记探针的方法来制备微阵列，靶基因在芯片上与探针杂交后发生选择性沉淀，通过检测沉淀物的电化学值等来获取相应的生物信息。
微阵列资料分析(Microarray Data Analysis)
微陣列資料分析(Microarray Data Analysis) 蔡政安副教授 前言 在人類基因體定序計劃的重要里程碑陸續完成之後，生命科學邁入了一個前所未有的新時代，在人類染色體總長度約三十億個鹼基對中，約含有四萬個基因，這是生物學家首次以這麼宏觀的視野來檢視生命現象，而醫藥上的研究方針亦從此改觀，科學研究從此正式進入後基因體時代。微陣列實驗(Microarray) 及其它高產能檢測(high-throughput screen) 技術的興起，無疑將成為本世紀的主流；微陣列實驗主要的優勢再於能同時大量地、全面性地偵測上萬個基因表現量，透過基因晶片，可在短時間內找出可能受疾病影響基因，作為早期診斷的生物指標(biomarker)。然而，由於這一類技術的高度自動化、規模化及微型化的特性，使得他們所生成的資料量非常龐大且資料型態比一般實驗數據更加複雜，因此，傳統統計分析方法已經不敷使用。在此同時，統計學家並未在此重要時刻缺席，提出非常多新的統計理論和方法來分析微陣列實驗資料，也廣受生物學家所使用。由於微陣列資料分析所牽涉的統計問題層面相當廣且深入，本文僅針對整個實驗中所衍生的統計問題加以介紹，並介紹其中一些新的圖形工具用以呈現分析結果。 基因晶片的原理 微陣列晶片即一般所謂的基因晶片，也是基因體計畫完成後衍生出來的產品，花費成本雖高，但效用無限，是目前所有生物晶片中應用最廣的，由於近年來不斷改進，也是最有成效的生物技術。一般而言，基因晶片是利用微處理技術，先把人類所有的基因分別固著在一小範圍的玻璃片(glass slide)、薄膜(membrane)或者矽晶片上；然後，可以平行地、大量地、全面性地偵測基因體中mRNA的量，也就是偵測基因的調控及相互作用表現。目前微陣列晶片大致分為以下兩種平台(如圖一) : cDNA 晶片及高密度寡核甘酸晶片(high-density oligonucleotide)，兩種系統無論在晶片的製程及樣本處理上皆有相當的差異，因此在分析上也略有不同，以下便就晶片的特性約略介紹。 1.cDNA 晶片: 基本上晶片上的探針(probes)及準備進行雜合反應(hybridization) 的樣本(Targets)皆來自於cDNA。正常及癌組織中萃取的mRNA經反轉錄後，分別標上綠色(Cy3)和紅色(Cy5)螢光標記，並同時和晶片進行雜合反應，反
最新染色体微阵列分析(基因芯片)在儿科遗传病临床应用的专家共识
儿科遗传病评估的一线检测手段—— 染色体微阵列分析 俗话说“孩子是祖国的花朵，是每个家庭的希望”，而当孩子出现不明原因的智力落后和（或）发育迟缓时，当孩子出现多发畸形时，当孩子出现自闭症（孤独症）时，或当孩子出现身材矮小、语言发育延迟、癫痫或其他精神神经发育障碍时，不仅给患儿身心健康带来严重的危害，也给社会和家庭带来了沉重的经济和精神负担。随着二胎政策的全面放开，很多父母想再要一个孩子，可是头胎患病孩子带来的精神压力可能会让父母犹豫，担心下一个孩子还是同样的情况怎么办？而近两年出现的一项最新诊断技术——染色体微阵列分析（chromosomal microarray analysis, CMA），给解决患儿父母的忧虑带来了希望。 什么是CMA？该技术又称为“基因芯片”是基于核酸互补杂交原理对全基因组进行检测，可检测基因组拷贝数变异（copy number variations, CNVs），主要针对微缺失或微重复、单亲源二体等。与传统染色体核型相比，它具有更高的分辨率，可提供更为准确和全面的细胞分子遗传学诊断。继2010年10月美国医学遗传学与基因组学学会（American College of Medical Genetics and Genomics, ACMG）专家委员会CMA指南发布后，2016年我国中国医师协会医学遗传学分会、中国医师协会青春期医学专业委员会临床遗传学组、中华医学会儿科学分会内分泌遗传代谢学组组织专家，对CMA技术各个环节展开交流讨论，形成了专家共识，对该技术临床应用进行规范指导。 根据我国多中心临床研究数据表明：针对智力落后和（或）发育迟缓疾病患儿阳性率约为19.2%，针对多发畸形患儿阳性率约32.6%。此结果与国外研究数据基本一致（13%~20%）。因此共识中指出对以下临床表型的疾病，建议将CMA 作为一线检测手段，将CMA作为一线检测手段，作为一线检测手段（重要的事说三遍!!!）：
DNA微阵列技术原理及应用(光导固相法挺有用)
Ultra-weak Chemiluminescence Analytical Technology Principle and Application.ZHANG Zhong-Lun(Institute of Biophysics,The Chinese Academy of Scienc es,Beijing100101,China). Abstract Ultra-weak chemiluminescence analyzers that detect w eak light from sam ples w ere developed by ultra-weak chemiluminescence analytical technology.BPCL ultra-weak chemiluminescence analy zer has a lot of supper performance.It is satisfactory to research and applicatio n in the fields of biology,medicine and chemistry.The ex ample that of to research DNA damage was introduced.It is approved that the technology and analy zer were advanced and practical. Key words ultra-w eak chemiluminescence analy zer, DNA damage DNA微阵列(或芯片)技术原理及应用 何志巍 姚开泰 (湖南医科大学肿瘤研究所,卫生部癌变原理重点实验室,长沙410078) 摘要 DNA微阵列或芯片(DNA microarray or chip)技术是近年发展起来的又一新的分子生物学研究工具.它是利用光导化学合成、照相平板印刷以及固相表面化学合成等技术,在固相表面合成成千上万个寡核苷酸探针,或将液相合成的探针由微阵列器或机器人点样于尼龙膜或硅片上,再与放射性同位素或荧光物标记的DNA或cDNA杂交,用于分析DNA突变及多态性、DNA测序、监测同一组织细胞在不同状态下或同一状态下多种组织细胞基因表达水平的差异、发现新的致病基因或疾病相关基因等多个研究领域. 关键词 DNA微阵列(或芯片),原理,应用 学科分类号 Q785 从人类基因组计划启动至今,已积累了大量基因序列数据库,而它们在疾病和发育中的生物学意义尚知之甚少[1,2].目前人们正在由研究基因的结构及染色体定位的结构基因组学,向研究这些基因表达调控、在机体发育分化及疾病中作用的功能基因组学转变[3].而将多学科、多技术融合而成的DNA微阵列或芯片技术可研究同一或不同组织细胞在不同生理、病理条件下成千上万个基因结构、功能改变以及基因表达间相互作用的关系,发现致病基因或疾病相关基因,这必将为功能基因组学产生巨大的推动作用.本文主要介绍了该技术的概念、原理及在基因表达、基因突变或多态性分析及DNA测序等方面研究的最新进展. 1 概念理论依据 美国加州Affymetrix公司的Lipshutz等[4]较早地介绍了高密度寡核苷酸微阵列的制造、检测、软件及应用,随后该公司将照相平板印刷技术、计算机、激光共聚焦扫描、固相表面合成寡核苷酸及核酸分子杂交等结合起来,研制出DNA芯片. DNA微阵列或芯片是指在大规模集成电路所控制的机器人在尼龙膜或硅片固相支持物表面,有规律地合成成千上万个代表不同基因的寡核苷酸“探针”,或液相合成探针后由阵列器(arrayer)或机器人点样于固相支持物表面.这些“探针”可与用放射标记物如32P或荧光物如荧光素、丽丝胺等标记的目的材料中的DNA或cDNA互补核酸序列相结合,通过放射自显影或激光共聚焦显微镜扫描后,对杂交结果进行计算机软件处理分析,获得杂交信号的强度及分布模式图,以此反映目的材料中有关基因表达强弱的表达谱.该技术仍以基因连锁、连锁不平衡、限制性长度多态性、可变串联重复序列及单核苷酸多态性标记等基因定位方法为基础,采用分子杂交等多种技术方法为手段,进行遗传作图,对不同材料中的多个基因表达模式进行平行对比分析,是一种高产出的、新的基因分析方法.以尼龙膜为固相支持物的DNA微阵列和以硅片为固相支持物的DNA芯片,二者在原理上相同,仅在支持物及检测手段等方面略有不同. 收稿日期:1998-10-08,修回日期:1999-01-19
微阵列分析
微阵列分析与基因差异表达 药物基因组学中的基因表达分析目前主要应用于创新药物研究和开发。同时，基因表达谱已经开始为慢性致命性疾病的药物治疗效应提供预测信息，并指导治疗选择，而寡核苷酸微阵列平台具有应用于药物基因组学研究的潜在优势。 微阵列分析的特点： 与DNA顺序分析和基因分型不同，微阵列基因表达分析的分析物是信使RNAs （mRNA）。信使RNAs的不稳定性要比DNA大得多，对操作方面的要求非常高，以避免由于Rnase酶降解而产生假象。此外，信使RNA在经PCR产生DNA拷贝扩增之前，或在大多数的微阵列分析中，或在产生cRNA拷贝的试管内转录（IVT）线性扩增程序中，都是逆转录形成cDNA的。在IVT反应期间，cRNAs都被标记，而在杂交到寡核苷酸阵列时往往被分裂。 在研究中，基因表达阵列常常采用被标记的cRNAs或长寡核苷酸作为固定探针，以及由类似于半导体工业应用的光刻技术制造的寡核苷酸探针阵列；寡核苷酸探针可直接在微阵列表面合成，还可以应用多空间的完美匹配单碱基－错匹配探针对来查询每一个重要的基因。这种高密度寡核苷酸探针诊断方法可检测出拼接变异种的能力，以及因特殊转录而造成融合基因时产生的特异性嵌合转录（如慢性髓细胞白血病中的BCR－ABL）。 目前有很多种途径来对成千上万的探针强度数据点进行数据分析，最近提出的是临床应用表达类型的最佳实用指导方针。各种全自动化的分析方法（如层次聚类算法与运用自组织图）可供用于确定具有相似表达类型的分组基因之间的关系。同样，还有一些需操作人员监管的分析方法（如支持向量机），可应用同质的PCR检测平台进行药物效应的基因显型检测，以筛选和鉴定最可能有效的患者。 促进肿瘤诊治水平提高 基因的表达差异是药物疗效的基础。基因表达的各种分析方法正在开发过程中，为疾病，尤其是肿瘤的治疗选择提供分子图表类型信息。例如，常见的急性成人或儿童白血病
基因芯片技术及其应用
基因芯片技术及其应用 摘要 进入21世纪以来，生命科学发展日益迅速，基因芯片作为生命科学研究的一种新的技术平台日益受到人们的关注，并已经广泛应用于生命科学研究、医学研究、食品卫生领域以及其它相关的各个学科领域。随着技术的不断完善，基因芯片必将在越来越多的领域里面发挥作用。本文阐述了基因芯片的基本概念及技术流程，简述了其在不同领域的应用，并对其发展前景作了展望。 关键词：基因芯片技术流程应用展望 Gene Chip Technology and its Application Shu Mian （College of Horticulture, South China Agricultural University Guangzhou 510642, China） Abstract: Life science has developed rapidly since the 21th century, gene chip, as a new technical platform in the reaseach of Life science, has got increasingly attention, and has been used widely in life science research、medical research、food hygiene field and other related disciplines. With the continuous improvement of the technology, gene chip will be helpful in more fields. This article expounds the basic concepts and technological process of gene chip, gives an introduction of its application in different fields, and a prospection of its development prospect. Key words: gene chip technological process application prospection 基因芯片（gene chip），又称DNA芯片（DNA chip）或DNA微阵列（DNA microarray），是生物芯片的一种类型，它是将DNA分子固定于支持物上，并与标记的样品杂交，通过自动化仪器检测杂交信号的强度来判断样品中靶分子的数量，进而得知样品中mRNA的表达量，也可进行基因突变体的检测和基因序列的测定，为进一步了解基因间的相互关系及基因克隆提供有用的工具。作为一项基于基因
基因芯片技术及其应用
基因芯片技术及其应用 郑敏 （临沂大学生命科学学院，山东临沂276000） 摘要基因芯片(DNA芯片,微阵列)是20世纪后期在杂交理论基础上发展起来的又一个分子生物学技术.将大量的核苷酸探针以点阵列方式排列于特定的固相支持物上,与放射性或荧光标记的样品靶DNA杂交,通过激光共聚焦等技术来分析靶DNA的存在和量的方法.基因芯片技术已基本实现了自动化,应用于功能基因研究、杂交测序、药物筛选诊断、基因表达、基因多态性和突变检测等,在生物学、医学、制药学、环境保护学和农林业等领域上都有极为广阔的应用前景。 .关键词基因芯片；微阵列；分子生物学；基因表达 基因芯片（genechip）是生物芯片（biochip）的一种，又称DNA芯片、DNA微阵列（DNA microarray）、寡核苷酸阵列（oligonucleotide array），是20世纪90年代初随着人类基因组计划的发展而兴起的技术。基因芯片是按预先设计的阵列方式，把大量核酸片段固定在载体基片上，组成密集的按序排列的探针集群，通过与标记样品核酸杂交，检测其杂交信号，从而达到判断靶核酸的有无或数量的目的[1].基因芯片技术室当今生命科学领域集微电子学、生物学、化学、计算机科学于一体的高度交叉的一项尖端应用型新技术，现已成为国际上的前沿和热点[2]。现将基因芯片技术及其应用作一综述。 1基因芯片技术的产生和发展 21 世纪将是生命科学的世纪, 基因芯片技术是近年产生的一项生物高新技术, 它将像计算机一样成为21 世纪即将来临的又一次新兴革命的奠基石[]。基因芯片技术的产生与发展与人类基因组计划(Human Genome Project, HGP) 的研究密不可分[5]。人类基因组的大量信息需要有一种快速、敏感、平行检测的技术,随着越来越多的基因被解码, 基因的功能研究成为迫切需要解决的课题。在这一背景下, 以基因芯片技术为主体的生物芯片诞生了, 它被誉为是20 世纪90 年代中期以来影响最深远的重大科技进展之一。基因芯片技术充分结合并灵活运用了寡核苷酸合成、固相合成、PCR 技术、探针标记、分子杂交、大规模集成电路制造技术、荧光显微检测、生物传感器及计算机控制和图像处理等多种技术, 体现了生物技术与其他学科相结合的巨大潜力。