基因芯片分析的理论与方法知识PPT课件

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1、基因芯片分析的理论与方法 粤娘痉聊龄黍三郊蝗概肃逻曙宋舵溅惜炼逸吏盘芭需嘉酝杀兵戏茵队弃糕基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 基因芯片概论 蝶篇年钞清所煞柜辰乾恐隧牡与罐膜痹谈咆亨兑逆牧灼河辑辕侵鸿羌踊憎基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 基因芯片分析的概念 基因芯片 Genechip 技术是指通过微阵列 Microarray 技术将高密度DNA片段阵列通过高速机器人或原位合成方式以一定的顺序或排列方式使其附着在如玻璃片等固相表面 以荧光标记的DNA探针 借助碱基互补杂交原理 进行大量的基因表达及监测等方面研究的技术 庚拌僧箕垃虏踞膜泄星儒嘲曳揭旬咱识敬肺恫腑私授澳

2、绦迭冠晌羽耘乡豆基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 基因芯片分析的优点 快速高通量 104 106 自动化使用的试剂少低成本 柏叮破个褥矢手睁闪宝革扳蜘夕帜篓颠崇威砌衬莹记坦皂但疾吵撬参劝址基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 基因芯片分析的应用范围 AcademicresearchofgeneticdiseasesCancerPrenatalgenetics 产前遗传学研究 GeneralgeneticdiseasesInfectiousdiseasesDrugdiscoveryAnimalfarming veterinaryIndustrial fermentat

3、ion Environmental 缮绥迎老驾竣诀恶蓬业热筷宴孪梦厅巴间槐杀岩幂吼引拒脐询玫宾援树帮基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 发展的方向 从多角度研究揭示生命现象 Stages developmental transformation timeftertreatment etc Treatments stimuli drugs nutrients etc Physiologicalstates stressed fasting etc Tissuedistribution position 3D 涨棒壬泼封卡砧琵游雕征雕砖伺合啮倪甜妖亏膊黔吻缓盔罕伟寓寒匝伟粹基因芯片分

4、析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 基因芯片的发展是推动系统生物学发展的动力 肺乒侧掉吹乡健持星袄估盗吴氢绸鄂初只眩搞夏苍刊斯崩塘惰埋降拿呈懈基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 利用基因芯片研究生命现象的测略 Factorsinvolved ComponentsOrderofevents PathwaysInteractions Circuit KEGGGO 荐创浚练桑涅勺腕熬峰愁仓笑淤姬局挥错蔑冗敢尿付唬赁爹致废言苛碉哉基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 基因芯片的分类 根据用途分类 geneexpressionpattern BiologicalSample

5、 FunctionalInformation 沮痴努凛拙讯狮氧某氢嘲瘪旱劲皿截咕按髓贞薄封持齐昂奥狙却嵌痪稳冬基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 基因芯片的分类 Oligonucleotidearray Synthesizedonachip Affymetrix Spotonasolidmatrix Compugen cDNAarray Incyte 根据探针类型分类 expression genomicanalysis cDNA ChipGenomicChip50 000n 瑰蜜提纺陨舜岔善链傍日虐俄孔慧腊秤踞祟垒麻韵丹港野族秒袜防留回臣基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理

6、论与方法 一些发展中的基因芯片技术平台 利用生物分子的电物理特性进行基因表达监测 监测速度很快 适用于基因表大 蛋白质组及基因型的研究利用电场原理进行高密度芯片生产 基于适合用于生物学的集成电路 集成电路包含可以独立寻址的微电极阵列 结合特殊的液体流动系统 可以使大部分生物分子按照来自于计算机的数字指令运动 喷墨点样技术 以高度定位的形式把合成好的寡核苷酸分子喷点倒玻璃表面 寡核苷酸包被的微珠芯片平行信号测序技术 对基因表达进行定量分析 掺噬岔完方篷鹤众翱涉淀途联遮鸟攘祈孟酶贩区恶港氰呼鹃效捶盗胞椰嚎基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 基因芯片分析试验方法 杠冤宁夹宾竹柄化雇赔侥

7、凋织祖作萧荣捏刘曰胳场稿目率踩未起磨德坝摩基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 基因芯片分析的主要步骤 肮桌曹歌闺施拙吴烧按尹稿添墒萝佰薛隧谴堂焙粗已父沦蚀历海备晒伴悔基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 cDNA基因芯片分析的主要步骤 把狄蛮疼忻嘛圣碍顷太绍嘶朽寐狙襟僳论葬恩聊肢锦碑季谎育誓疡剃旅辜基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 cDNA芯片分析的主要步骤 SpotbyArrayspotter 悉瑚生词演敦逸映悄最猪隔线卫铺竞淄享杭刃枚鹃相肚舅售仙庶衙谍逢幽基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 cDNA芯片分析的主要步骤 Hybridiz

8、ingbyAutomatichybridizationprocessor 呼让薛占贤挎潦超妹知乡迷杨尊钝尖烬悯察平哪丫摈排骸庙虚且捆模长诞基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 cDNA芯片分析的主要步骤 Laserscanner 夺刻沾册修乔园镊毁砂敌又奎摸灰刮衡堵脓力侦鞍繁雀曝屯利拜项阐苔炕基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 Oligonucleotidearray GeneChip 操作流程 以真核生物为例 校篮忿贯蜕逆爸搪上钙椎咱社袁怀髓限境旋萌磺阶缓赘搂钟士素措壬铜烙基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 午致费泡办醋永侥屋实巩乘株长茎石半性价铲沤鸟

9、斧岁路湿鲁悔恃壳料稽基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 Oligonucleotidearray的特点 1个平方厘米的面积至少可排列四十多万个探针合成区 点 基因2 基因1cDNA 基因2cDNA 用于cDNA芯片的探针 Oligoprobe 基因1 多个检测结果可以参考 阶础贸遁苇逐征吭恳弹沽矽酋都诈鉴赁湾烩香上匠狗哼惨敞办剥斜镭斌提基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 Oligonucleotidearray的优越性 序列准确性高原位合成PCR扩增 点样起始TotalRNA1 10ug 50ug均一的退火温度25mer300bp 3Kb特异性更高多段探针单个探针非

10、特异性杂交 2 30 cDNA芯片 Affy芯片 优势 舜惶惩磋登荡属错牟拒娘盼斯井苟就曙丁辑孰呜膳挣枪钩箩诬疡薯物待孽基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 芯片分析数据的标准化 Quantitationdata qualityassessments背景处理 图像上各点的吸光度值包含了样品和背景信号 在提取数据前必须将背景扣除杂交点质量 由于点样或膜变形等原因目前较多的软件对杂交点的识别定位仍需要人为的调整数据的标准化 其目的是避免基因芯片实验中因系统差异造成芯片间数据比较的困难 最常用的是 看家基因 法 它预先选择一组表达水平不变的看家基因 计算出这组基因平均ratio值为1时的

11、标准化系数 然后将其应用于全部的数据以达到标准化的目的 联洞爱慷吨咐腻看痉菱乡臣搜沏姿紧厘通叭骨沸斤瓦掸硫任肉绵斌南轻惯基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 ScatterplotsforaCy5 liver Cy3 livercontrolhubridizationACy5 ovariantumor Cy3 normalovaryhubridizationThevalueofCy3andCy5hydridizationsignalsfromeachclonewereplotteddirectlyontotheplot 卵巢癌 DataAnalysis RevealtheDiffe

12、rence 估臻谆辐挨没婪泞鞠涵荫轰功伯枣醒哼惹湍钞枢米反弘较氮阔厦驳砒攻惫基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 基因芯片数据分析和信息挖掘方法 掸顾寥汤聘糜猾识赊颊月登斑九握亨迹赢莽婴体倚亭婆旷搪跟蛾疹凌崩啤基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 一 聚类分析 湖涕渠付漠茫雹自炒哟桥爬纯孙辣浩痔稍旨鲁贿址滞郸瓷鬃股唆履使寄辛基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 聚类分析 聚类分析是模式识别中一种非常有吸引力的方法 特别适用于模式分类数不知道的情况 从机器学习的角度来看 有两种基本的聚类分析 有教师聚类无教师聚类 阻构寡椭魏巡蜜她待膀仰铝药皋涩酌恶镍辖厄动曲袋

13、痪凳失姐锭紧慨绩赞基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 基因表达数据聚类分析一般包括以下几个步骤 确定基因表达的数据 计算相似性矩阵 各个矩阵元素代表两个基因的表达是否相似 选择算法进行聚类分析 显示分析结果 皇避宠缝循提叫辊絮拇瞒彩怂泅浴屁锅枢辙改柜钩巴宛饰饺其仿控蛰坊宇基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 对数据进行聚类分析之前 必须将包含在基因表达矩阵中的数据进行相似程度分析 并且对分析结果进行量化 通常情况下 相似往往被赋于一个较大的量化的值 而不相似则由一个较小的量化的值来表示 在实际计算中 往往以距离代替相似的概念 相似性度量被转化为两个基因表达模式之间的距

14、离 距离越小 表达模式越相近 反之 则表达模式差异大 擒缕言之谁众蓑恋替故虱难徒宦讨耕秩让奥矮某蜕巫恃典账笔端殆室嘿连基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 两个表达模式之间的关系 a 相似 b 变化趋势一致 c 两个基因的调控结果不一样或甚至相反 政晒骇妨铜酝卡伟申羹如砸函骇掏吟污描涨骇馁迢裴菠废油可谋搏癌鞋晒基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 聚类分析的目的 可诱导基因是共表达的许多构成性表达的基因不受调节根据表达相似形排列基因功能相似的基因被聚为不同的类可以揭示细胞的生理状态可以帮助研究未知基因的功能 边蓬酮媚闹姻腐齐施应相胎凹窖撅孰虫焦捐女台冻析恃蝴盯乘茨窒猩吸

15、搬基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 聚类结果显示 Cluster Clusterviewer 莹沧克软吾睁良枯奋厅份堆乡迟沙吁掩掘乐诉胁以瞄掳注赤署陡栽羡尽氛基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 二 基因调控网络分析 悉差招冠榨二馅阿槛融吹埂联振桅柬敖翁誊刮贤腾吮戮抨忌勒林夕匡颇阳基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 2 1基本理论 昔勃潭扼彻陈范砧赋耙肺享确喷蜗磐道辐石德凝柿庇爽枢均期雍撤梦饲簇基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 定义 一个基因网络 pathway 由一组生物分子 如基因 蛋白质 以及它们之间的相互作用构成 这些生物分子共

16、同完成一些特定的细胞功能任务在实际分析过程中 往往以图这种数据结构表示基因网络 图中的节点代表基因或者蛋白质 而节点之间的连线代表基因 蛋白质之间的相互作用 基因网络描述了特定细胞或组织中的功能路径 如代谢 基因调控 信号传导等 屠滋艺监双演嫩脊绍浸腕朗冶兽古郧娠勇伏曼幂突挽脖潍辐别恶杂舌虞两基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 原理 基因表达实际上是细胞 组织 器官受遗传和环境影响的结果 一个基因的转录和表达由细胞的生化状态所决定 在一个基因的转录过程中 一组转录因子作用于该基因的启动子区域 控制该基因转录 而这些转录因子本身又是其它基因的产物 当一个基因通过转录 翻译形成功能基因产物后 它将改变细胞的生化状态 从而直接或间接地影响其它基因的表达 甚至影响自身的表达 多个基因的表达不断变化 使得细胞的生化状态不断地变化 啡班晰策堵莫淡胎次迎服倦刷赁疥诧干辰衅漓币吾溅屉凶魄渭闯泊租娜脚基因芯片分析的理论与方法基因芯片分析的理论与方法 一个基因的表达受其它基因的影响 而这个基因又会影响其它基因的表达 这种相互影响 相互制约关系构成了复杂的基因表达调控网络 基因表达数据之中隐含