中国农业大学基因芯片DNAmicroarray1.ppt

生物芯片的概念是Fodor等人于1991年提出(Fodor et al., 1991, Science) 生物芯片的概念：是借用电子芯片的概念，是指能够快速并行处理多个样品并对其所包含的各种生物信息进行解剖的微型器件，它的加工运用了微电子工业和微机电系统加工中所采用的一些方法，只是由于其所处理和分析的对象是生物样品，所以叫生物芯片(Biochip) 高通量，平行化，微量化的分析手段基因芯片的发展历史和趋势,在90年代初期，利用光原位合成的原理，在基质上固定高密度的寡核苷酸的DNA测序芯片 1992年，Affymatrix公司Fodor领导的小组运用半导体照相平板技术，对原位合成制备的DNA芯片作了首次报道，这是世界上第一块基因芯片1995年，Stanford大学的P.Brown实验室发明了第一块以玻璃为载体的基因微矩阵芯片标志着基因芯片技术进入了广泛研究和应用的时期1995年Schena (Science, 1995)等人，把拟南芥的45个基因固定在一张玻片上，并行检测拟南芥45个基因的表达情况，这是第一次结合了高精度机械手点样系统、荧光标记技术、双通道荧光扫描技术和数据分析软件，是第一次真正意义上的用DNA芯片技术进行基因表达分析的应用。

部分基因组被测序的微生物全基因的DNA芯片问世，如：酿酒酵母，大肠杆菌 人类和小鼠的全基因组芯片鉴于DNA芯片技术领域的飞速发展，美国科学促进会将DNA芯片评为1998年的十大科技突破之一，认为生物芯片技术将是继大规模集成电路之后的又一次具有深远意义的科学技术革命1998年6月29日美国宣布正式启动基因芯片计划生物芯片的分类,基因芯片,cDNA芯片,Oligo芯片,,信息生物芯片,蛋白芯片,,生物芯片,,微流体芯片,功能生物芯片,,芯片实验室/缩微实验室,,,,组织芯片,,（微阵列芯片）,（微流控芯片）,DNA芯片/ DNA微阵列（DNA Microarray）其实就是基因芯片其它几个是基因芯片在生物技术领域的应用拓展 蛋白芯片 是一种将蛋白质（多肽、抗原/抗体、配体/受体）作为分子识别元件的芯片 组织芯片（Tissue microarray） 是将数十个、数百个乃至上千个小的组织片整齐地排列在某一载体上（通常是载玻片）做成的微缩组织切片 生物芯片(Biochip) 是指能对生物分子进行快速并行处理和分析的邮票大小的固体器械是基因芯片、蛋白芯片和组织芯片等的总称 缩微实验室(Lab-on-chip) 是基于生物微芯片的便携式分析系统，可集成式地完成样品制备、生化反应及结果检测。

是生物芯片发展的终极目标人类基因组计划(human genome project, HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划 ２００３年４月１４日，美国联邦国家人类基因组研究项目负责人弗朗西斯·柯林斯博士在华盛顿宣布，美、英、日、法、德和中国科学家经过１３年努力共同绘制完成了人类基因组序列图，人类基因组计划所有目标全部实现生命是复杂的系统，是一个整体系统的研究手段是解释生命奥秘的必须手段高通量的测序实现以后，就是高通量的功能的解读 芯片技术是功能解读的基础工具之一基因芯片技术最早是作为测序方法而提出，后来作为高通量的基因信息分析工具得到重视和发展 现在，“芯片”概念已经在生物技术领域得到普遍接受和拓展由于基因芯片（Genechip）这一专有名词已经被业界的领头羊Affymetrix公司注册专利，因而其他厂家的同类产品通常称为DNA微阵列(DNA Microarray),基因芯片,基因芯片的概念来源于计算机芯片，其核心思想是： ●高度集成代表众多基因 ●可寻址分析 ●并行处理,基因芯片:指具有相当集成度（通常每平方厘米点阵密度高于400）的核酸探针阵列，通过将大量的寡核苷酸片断或已知基因片段制备成探针有序地固定于固相支持物（substrate）｛玻璃片或硅片或塑料片上等载体｝上所形成的矩阵。

将待测样品用荧光染料标记与芯片杂交，杂交信号用激光扫描仪检测，计算机分析检测结果，可获得类似与传统的点杂交的杂交数据，以达到快速、高效、高通量及平行性的分析生物信息的目的其基本技术主要包括四个要点：芯片方阵的构建（芯片制作）、样品的制备、生物分子反应和杂交信号的检测及分析概 念,,基因芯片的特点：,1、高通量 2、微型化 3、自动化 4、低成本 5、高度并行,转录组,,基因芯片是功能基因组学研究的重要技术,EST测序,基因芯片,基因表达系列分析（SAGE）,其它,差异显示、RDA,Northern Blot,基因组,蛋白质组,(DNA),(RNA),(Protein),基因芯片发展过程,Southern & Northern Blot,Dot Blot,Macroarray,Microarray,,,,,,基因芯片,,,,,,,药物机理研究,功能基因组研究,基因表达谱,测序,突变检测,军事、农林业、 司法,疾病分子诊断,基因芯片技术的应用领域,,,新基因搜索,…….,药物筛选,药物开发,,基因组－基因,人 3×109 bp 人 2.6-3×104基因,基因结构,转 录,转录调节,启动子:是序列 起始点：点~,DNA的变性,概念：在某些理化因 素作用下，DNA分子互 补碱基对之间的氢键断 裂，使DNA双螺旋结构 分开成单链。

变性因素： 加热、过量酸或碱DNA的复性与分子杂交,复性：变性DNA在适当条件下，两条互补 链又重新恢复天然的双螺旋构象 退火（annealing）：热变性的DNA经 缓慢冷却后的复性 减色效应：复性后，DNA的OD260又降低 到原来的水平核酸杂交,,,核酸分子杂交(hybridization)： 热变性的DNA在复性过程中，具有碱基序列部分互补的不同的DNA之间或DNA与RNA之间形成杂化双链的现象DNA 杂交,DNA 杂交的基础： 特定条件下，双链DNA可以进行可逆的变性与复性并遵循严格的碱基互补配对，互补核酸序列可在一定条件下特异结合成双链 DNA 杂交的应用广泛： Southern blots, Northern blots, gene chip,southern blot 定义：一种用于确定和定位与另一段探针DNA互补的DNA序列的技术 E.M. Southern in 1975,核酸分子杂交实验包括如下两个步骤： 转膜：将核酸样品转移到固体支持物滤膜上，这个过程特称为核酸印迹(nucleic acid blotting)转移，主要有电泳凝胶核酸印迹法、斑点和狭线印迹法(dot and slot blotting)、菌落和噬菌斑印迹法(colony and plaque blotting)； 杂交：将具有核酸印迹的滤膜同带有放射性标记或其它标记的DNA或RNA探针进行杂交。

所以有时也称这类核酸杂交为印迹杂交southern 杂交,Dot Blot杂交,DNA芯片,,,点杂交,Macroarray,,基因芯片杂交,寻找差异：mov：3.1,,基因芯片本质：寻找差异~,基因芯片技术流程： 1、芯片制备-将寡核苷酸片段或cDNA作为探针按顺序排列在载体上带有DNA探针 2、样品制备-将样品进行提取、扩增，获取其中的蛋白质或DNA、RNA，然后（荧光）标记，以提高检测的灵敏度和使用者的安全性 待测样本：实验样本（cy3红）＋对照样本（cy5绿） 3、杂交反应-选择合适的反应条件能使生物分子间反应处于最佳状况中，减少生物分子之间的错配率 4、信号检测和结果分析,四个基本技术环节,芯片微阵列制备（最关键） 样品的准备和标记 生物分子反应（杂交） 信号的检测和数据分析处理（扫描分析）,寡核苷酸芯片 cDNA芯片 Genomic芯片 包括二种模式： 1是将靶DNA固定于支持物上，适合于大量不同靶DNA的分析， 2是将大量探针分子固定于支持物上，适合于对同一靶DNA进行不同探针序列的分析基因芯片视分类方法不同可分为不同类型,。