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1、第八章 基因表达数据分析Where?Go? 生物信息学和基因芯片是新内容;生物信息学基因芯片促进丰富提纲一 基因芯片简介 (1)基因芯片的发展历史 (2)基因芯片的分类 (3)基因芯片的基本原理 (4)基因芯片的技术流程 (5)基因芯片的应用二 生物信息学在基因芯片中的应用 (1)基因芯片数据流关系图 (2)生物信息学在基因芯片中的应用一 基因芯片简介1.1.基因芯片的发展历史基因芯片的发展历史Southern & Northern Southern & Northern BlotBlotDot Dot BlotBlotMicroarrayMicroarrayMicroarrayMicroar
2、ray高通量、高通量、自动化、自动化、灵敏度高灵敏度高2. 基因芯片的分类(一)按载体材料分类 玻璃芯片、硅芯片、陶瓷芯片。(二)按点样方式分类 原位合成芯片、点样芯片。(三)按基因芯片的使用功能 测序芯片、表达谱芯片、基因差异表达分析芯片。3. 基因芯片的基本原理 基因芯片（gene chip），又称DNA微阵 列（microarray），将大量探针以高密 度固定于支持物上，然后与标记的核酸 样品进行杂交，通过检测杂交信号的强 弱进而判断样品中靶分子的数量。 基因芯片的基本原理: 碱基互补匹配。 基因芯片荧光标记的样品 共聚焦显微镜获取荧光图象杂交结果分析探 针 设 计杂交4. 基因芯片的技
3、术流程芯片制作、芯片制作、样品制备、样品制备、分子杂交、分子杂交、信号检测与结果分析信号检测与结果分析基因芯片荧光标记的样品 共聚焦显微镜获取荧光图象杂交结果分析探 针 设 计杂交芯片制作芯片制作样品准备样品准备样品的分离纯化：样品的分离纯化：DNA , mRNADNA , mRNA扩增：扩增：PCR, RTPCRPCR, RTPCR，固相，固相PCRPCR样品的标记：样品的标记：荧光标记（常用荧光标记（常用Cy3Cy3、Cy5Cy5）分子杂交分子杂交信号检测与结果分析信号检测与结果分析5. 基因芯片的应用测序、测序、表达谱分析、表达谱分析、基因表达差异分析基因表达差异分析基因芯片测序流程 基
4、因芯片用于基因诊断:通过基因芯片诊断地中海贫血患者的血液细胞发现在B-珠蛋白基因中存在3个明确的突变位点. 二、生物信息学在基因芯片中的应用提取什么信息如何提取信息如何处理和利用信息确定芯片检测目标芯片设计数据管理与分析探针设计解决杂交条件一 致性问题芯片优化提高芯片制备效 率公共 数据库专用 数据库确定目标选择待检测的 目标序列数据分析分析杂交检测结 果及可靠性基因芯片 数据库图像处理数 据 库 查 询 序 列 分 析生 物 信 息 学 数 据 挖 掘 数 据 可 视 化杂交 检测 图像基因芯片数据流图1.基因芯片数据流关系图 体现在三个方面:芯片设计可靠性分析数据分析2. 生物信息学在基因
5、芯片中的应用(1) 芯片设计的一般性原则(1)互补性 (2)敏感性和特异性 (3)容错性: 采用冗余探针 (4)可靠性 (5)可控性: 设置质量控制探针(6)可读性: 通过探针布局,使杂交信号便于观察理解 基因芯片检测的根本原理DNA的变性和复性. 因此探 针如果在同一个芯片上与不同的点进行杂交,要求杂 交的温度要尽可能一致.Tm: 凡使50%杂交体分子发生变性分解的温度称为解链温 度, 即Tm.(1) 芯片设计的一般性原则 一个理想的基因芯片图像具有以下几个性质： （1）芯片单元的形状和尺寸相同； （2）每个单元的中心位于象素点上； （3）无灰尘等引起的噪声信号； （4）最小和均匀的图像背景强度。 (2) 可靠性分析(3) 数据分析图象预处理网格定位背景滤除荧光信号提取归一化处理网格定位结果背景区域背景滤除荧光信号提取Cluster 配合 TreeView软件红: 正调节 绿: 负调节 黑:不变化或参照存在的问题 急需解决的问题 ：生物芯片的重复利用。 生物芯片的多重用途。 统一的行业标准。 定量分析。 降低检测生物芯片的仪器的价格。
