第六章基因芯片分析

1、生物信息学Bioinformatics第六章第六章 基因表达数据分析基因表达数据分析Where?Go? 生物信息学生物信息学和和基因芯片基因芯片是新内容是新内容; ;生物信息学生物信息学基因芯片基因芯片促进促进丰富丰富提纲提纲一 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. 2. 基因芯片的分类基因芯片的分类( (一一) )按载体材料分类按载体材料分类 玻璃芯片、硅芯片、陶瓷芯片。玻璃芯片、硅芯片、陶瓷芯

2、片。( (二二) )按点样方式分类按点样方式分类 原位合成芯片、点样芯片。原位合成芯片、点样芯片。( (三三) )按基因芯片的使用功能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测序芯片、表达谱芯片、基因差异表达分析芯片。 3. 3. 基因芯片的基本原理基因芯片的基本原理 基因芯片（基因芯片（gene chipgene chip），又称），又称DNADNA微阵微阵列列（microarraymicroarray），将大量探针以高密），将大量探针以高密度固定于支持物上，然后与标记的核酸度固定于支持物上，然后与标记的核酸样品进行杂交，通过检测杂交信号的强样品进行杂交，通过检测杂交

3、信号的强弱进而判断样品中靶分子的数量。弱进而判断样品中靶分子的数量。 基因芯片的基本原理基因芯片的基本原理: : 碱基互补匹配碱基互补匹配。 基因芯片基因芯片荧光标记的样品荧光标记的样品 共聚焦显微镜共聚焦显微镜获取荧光图象获取荧光图象杂交结果分析杂交结果分析探探 针针 设设 计计杂交杂交4. 4. 基因芯片的技术流程基因芯片的技术流程基因芯片基因芯片荧光标记的样品荧光标记的样品 共聚焦显微镜共聚焦显微镜获取荧光图象获取荧光图象杂交结果分析杂交结果分析探探 针针 设设 计计杂交杂交5. 5. 基因芯片的应用基因芯片的应用基因芯片测序流程基因芯片测序流程 基因芯片用于基因诊断基因芯片用于基因诊断

4、: : 通过基因芯片诊断地中海贫血患者的血液细胞发通过基因芯片诊断地中海贫血患者的血液细胞发现在现在B-B-珠蛋白基因中存在珠蛋白基因中存在3 3个明确的突变位点个明确的突变位点. . 二、生物信息学在基因芯片中的应用二、生物信息学在基因芯片中的应用提取什么信息提取什么信息如何提取信息如何提取信息如何处理和利用信息如何处理和利用信息确定芯片检测目标确定芯片检测目标芯片设计芯片设计数据管理与分析数据管理与分析探针设计探针设计解决杂交条件一解决杂交条件一致性问题致性问题芯片优化芯片优化提高芯片制备效提高芯片制备效率率公共公共 数据库数据库专用专用 数据库数据库确定目标确定目标选择待检测的选择待检测

5、的目标序列目标序列数据分析数据分析分析杂交检测结分析杂交检测结果及可靠性果及可靠性基因芯片基因芯片 数据库数据库图像处理图像处理数数 据据 库库 查查 询询 序序 列列 分分 析析生生 物物 信信 息息 学学 数数 据据 挖挖 掘掘 数数 据据 可可 视视 化化杂交杂交检测检测图像图像基因芯片数据流图基因芯片数据流图1.1.基因芯片数据流关系图基因芯片数据流关系图 体现在三个方面体现在三个方面: : 芯片设计芯片设计 可靠性分析可靠性分析 数据分析数据分析2. 2. 生物信息学在基因芯片中的应用生物信息学在基因芯片中的应用(1)(1) 芯片设计的一般性原则芯片设计的一般性原则 (1) (1)互

6、补性互补性 (2)(2)敏感性和特异性敏感性和特异性 (3)(3)容错性容错性: : 采用冗余探针采用冗余探针 (4) (4)可靠性可靠性 (5) (5)可控性可控性: : 设置质量控制探针设置质量控制探针 (6) (6)可读性可读性: : 通过探针布局通过探针布局, ,使杂交信号便于观察理解使杂交信号便于观察理解 基因芯片检测的根本原理基因芯片检测的根本原理DNADNA的变性和复性的变性和复性. . 因此因此探针如果在同一个芯片上与不同的点进行杂交探针如果在同一个芯片上与不同的点进行杂交, ,要求要求杂交的温度要尽可能一致杂交的温度要尽可能一致. .Tm: Tm: 凡使凡使50%50%杂交体

7、分子发生变性分解的温度称为解链温杂交体分子发生变性分解的温度称为解链温度度, , 即即Tm.Tm.(1)(1) 芯片设计的一般性原则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：一个理想的基因芯片图像具有以下几个性质： （1 1）芯片单元的形状和尺寸相同；）芯片单元的形状和尺寸相同； （2 2）每个单元的中心位于象素点上；）每个单元的中心位于象素点上； （3 3）无灰尘等引起的噪声信号；）无灰尘等引起的噪声信号； （4 4）最小和均匀的图像背景强度。）最小和均匀的图像背景强度。 (2)(2) 可靠性分析可靠性分析(3)(3) 数据分析数据分析图象预处理图象预处理网格定位网格定位背景滤除背景滤除荧光信号提取荧光信号提取归一化处理归一化处理网格定位结果1234GT010203040506070GCTA背景区域背景滤除荧光信号提取Cluster配合配合TreeView软件软件红红: : 正调节正调节绿绿: : 负调节负调节黑黑: :不变化或参照不变化或参照存在的问题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