,基因芯片,(Gene chip),基 因 芯 片 概 况,概 念 产 生 及 发 展 类 别 原 理 应 用 发 展 与 展 望,定义,将大量靶基因片段有序地、高密度地（一般大于400点/平方厘米)排列在玻璃、硅等载体上，称之为基因芯片，也称为基因微矩阵(microarray)。,样品核酸分子可以用同位素法、化学荧光法、酶标法标记，与固定在载体上的DNA阵列中的点同时杂交，用激光或CCD摄像头扫描仪读取数据，计算机图像处理系统进行数据分析，以达到其准确、快速、高效和高通量地分析生物基因信息的目的。,基因芯片的产生背景,传统技术的不断改进 基因信息分析规模不断扩大 -人类基因组计划的需求 （Human Genome Program) -后基因组时代的需求,基因芯片,1992年世界第一块原位合成基因芯片在美国Affymetrix诞生,1995年世界第一块微矩阵基因芯片在Stanford大学实验室诞生 - Science. 1995,270: 467-470,基因芯片的历史,八十年代末期俄美科学家提出杂交法测序,基因芯片的制备方法,原位合成的寡核苷酸点阵 微量点样的寡核苷酸点阵或cDNA点阵 微流路生物分析仪(lab-on-chip) 其他：电子芯片、三维芯片,芯片常用制备方法的比较 原位合成 高密度（可达40万点/1.6平方厘米） 25bp DNA 测序分析，寻找点突变 微量点样（针点、喷墨 较高密度（可达10万点/6.5平方厘米） 5005000bp DNA、抗体抗原、受体药物等 对比分析,基因芯片技术流程,一、制备基因芯片 1、靶基因的获得 细胞或组织mRNAcDNA文库PCR扩增各种基因序列 2、芯片基质的选择及活化 载玻片表面涂氨基硅烷或多聚赖氨酸 3、点样仪点样,二、制备样本核酸探针 1、样本总RNA的抽提：异硫氰酸胍 2、mRNA的分离与纯化：oligodT 3、反转录并标记 随机引物法逆转录 标记物：同位素、荧光染料(cy3-绿色/cy5红色)、化学发光,三、杂交实验条件,杂交 杂交体积(使核酸浓度增加10万倍） 玻片: 2-200l 滤膜：5-50ml 杂交液和杂交液的组份 杂交温度、时间 洗涤 洗涤液的组成 洗涤的温度、时间,四、杂交信号的检测 1、激光共聚焦扫描 光源：特定波长的光 激发面积：100m2 ScanArray 3000 2、CCD 成像术 光源：连续波长的光（如弧光灯） 激发面积：同时激发多个1cm2,五、芯片数据的处理和分析,图像的处理 数据的获取、存储与显示 芯片数据统一化 芯片数据的统计学分析 芯片数据的生物学分析,芯片测序,药物研究,基因图绘制,农林业,表达分析,突变检测,军事、司法,疾病诊断,.,.,.,.,基因芯片技术的应用,一、芯片测序,1，未知序列的DNA与大量的寡核苷酸集合的杂交 2，完整的双链体的寡聚物的鉴定与分析 3，重建DNA序列 一百万个12核苷酸的点阵可测定1000个碱基的序列,二、突变检测,三、基因图谱绘制 已知序列的基因多态性的探测及基因全序列的测定 四、大规模基因表达平行性分析 测定和识别细胞谱系和组织间有差异表达的基因，以及某项干预前后同一细胞差异表达的基因。,四、药物筛选,西药 中药 功能食品,筛选药物作用的靶标 筛选药物的有效成份 筛选药物的毒副作用及致畸致突变作用,五、临床实验室诊断,(1) 高度的灵敏性和准确性 (2) 快速简便 (3) 可同时检测多种疾病 (4) 自动化程度高 (5) 便于数据综合性分析,六、微生物菌种鉴定及致病机制研究,致病微生物毒力基因、抗药基因、致病因子的筛选检测 研究感染微生物基因组，进行菌种鉴定 监测受感染宿主基因表达改变，研究致病微生物致病机制 了解药物对微生物基因表达的影响，研究药物作用机制,七、生物芯片在农林业中的应用,（1）农业： 高产、适应能力强种株的选育 （2）林业： 抗病虫害、经济价值高林木的选育,八、军事、司法方面,（1）开发生物战病原体检测系统 （2）研制生物战保护剂 （3）血型及亲子鉴定 （4）DNA指纹分析,