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第六章 基因表达数据分析 生物信息学和基因芯片是新内容; 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 2. 基因芯片的分类 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。 4. 基因芯片的技术流程 5. 基因芯片的应用 基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 体现在三个方面: 芯片设计 可靠性分析 数据分析 (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 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。 存在的问题 急需解决的问题 ： ①生物芯片的重复利用。 ②生物芯片的多重用途。 ③统一的行业标准。 ④定量分析。 ⑤降低检测生物芯片的仪器的价格。 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 红: 正调节 绿: 负调节 黑:不变化或参照 * * 生物信息学 Bioinformatics Where? Go? 生物信息学 基因芯片 促进 丰富 1.基因芯片的发展历史 Southern Northern Blot Dot Blot Macroarray Microarray 高通量、 自动化、 灵敏度高 (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。 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、 样品制备、 分子杂交、 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 样品准备 样品的分离纯化： DNA , mRNA 扩增： PCR, RT—PCR，固相PCR 样品的标记： 荧光标记（常用Cy3、Cy5） 分子杂交 信号检测与结果分析 测序、 表达谱分析、 基因表达差异分析 基因芯片测序流程 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 2. 生物信息学在基因芯片中的应用 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 (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