第六章基因芯片分析

1、生物信息學(xué)Bioinformatics第六章第六章 基因表達(dá)數(shù)據(jù)分析基因表達(dá)數(shù)據(jù)分析Where?Go? 生物信息學(xué)生物信息學(xué)和和基因芯片基因芯片是新內(nèi)容是新內(nèi)容; ;生物信息學(xué)生物信息學(xué)基因芯片基因芯片促進(jìn)促進(jìn)豐富豐富提綱提綱一 基因芯片簡(jiǎn)介(1)基因芯片的發(fā)展歷史(2)基因芯片的分類(3)基因芯片的基本原理(4)基因芯片的技術(shù)流程(5)基因芯片的應(yīng)用二 生物信息學(xué)在基因芯片中的應(yīng)用(1)基因芯片數(shù)據(jù)流關(guān)系圖(2)生物信息學(xué)在基因芯片中的應(yīng)用一 基因芯片簡(jiǎn)介2. 2. 基因芯片的分類基因芯片的分類( (一一) )按載體材料分類按載體材料分類 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) )按點(diǎn)樣方式分類按點(diǎn)樣方式分類 原位合成芯片、點(diǎn)樣芯片。原位合成芯片、點(diǎn)樣芯片。( (三三) )按基因芯片的使用功能按基因芯片的使用功能 測(cè)序芯片、表達(dá)譜芯片、基因差異表達(dá)分析芯片測(cè)序芯片、表達(dá)譜芯片、基因差異表達(dá)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），又稱），又稱DNADNA微陣微陣列列（microarraymicroarray），將大量探針以高密），將大量探針以高密度固定于支持物上，然后與標(biāo)記的核酸度固定于支持物上，然后與標(biāo)記的核酸樣品進(jìn)行雜交，通過(guò)檢測(cè)雜交信號(hào)的強(qiáng)樣品進(jìn)行雜交，通過(guò)檢測(cè)雜交

3、信號(hào)的強(qiáng)弱進(jìn)而判斷樣品中靶分子的數(shù)量。弱進(jìn)而判斷樣品中靶分子的數(shù)量。 基因芯片的基本原理基因芯片的基本原理: : 堿基互補(bǔ)匹配堿基互補(bǔ)匹配。 基因芯片基因芯片熒光標(biāo)記的樣品熒光標(biāo)記的樣品 共聚焦顯微鏡共聚焦顯微鏡獲取熒光圖象獲取熒光圖象雜交結(jié)果分析雜交結(jié)果分析探探 針針 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)雜交雜交4. 4. 基因芯片的技術(shù)流程基因芯片的技術(shù)流程基因芯片基因芯片熒光標(biāo)記的樣品熒光標(biāo)記的樣品 共聚焦顯微鏡共聚焦顯微鏡獲取熒光圖象獲取熒光圖象雜交結(jié)果分析雜交結(jié)果分析探探 針針 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)雜交雜交5. 5. 基因芯片的應(yīng)用基因芯片的應(yīng)用基因芯片測(cè)序流程基因芯片測(cè)序流程 基因芯片用于基因診斷基因芯片用于基因診斷

4、: : 通過(guò)基因芯片診斷地中海貧血患者的血液細(xì)胞發(fā)通過(guò)基因芯片診斷地中海貧血患者的血液細(xì)胞發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)在B-B-珠蛋白基因中存在珠蛋白基因中存在3 3個(gè)明確的突變位點(diǎn)個(gè)明確的突變位點(diǎn). . 二、生物信息學(xué)在基因芯片中的應(yīng)用二、生物信息學(xué)在基因芯片中的應(yīng)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處理和利用信息如何處理和利用信息確定芯片檢測(cè)目標(biāo)確定芯片檢測(cè)目標(biāo)芯片設(shè)計(jì)芯片設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理與分析數(shù)據(jù)管理與分析探針設(shè)計(jì)探針設(shè)計(jì)解決雜交條件一解決雜交條件一致性問(wèn)題致性問(wèn)題芯片優(yōu)化芯片優(yōu)化提高芯片制備效提高芯片制備效率率公共公共 數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)專用專用 數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)確定目標(biāo)確定目標(biāo)選擇待檢測(cè)的選擇待檢測(cè)

5、的目標(biāo)序列目標(biāo)序列數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析分析雜交檢測(cè)結(jié)分析雜交檢測(cè)結(jié)果及可靠性果及可靠性基因芯片基因芯片 數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)圖像處理圖像處理數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 庫(kù)庫(kù) 查查 詢?cè)?序序 列列 分分 析析生生 物物 信信 息息 學(xué)學(xué) 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 挖挖 掘掘 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 可可 視視 化化雜交雜交檢測(cè)檢測(cè)圖像圖像基因芯片數(shù)據(jù)流圖基因芯片數(shù)據(jù)流圖1.1.基因芯片數(shù)據(jù)流關(guān)系圖基因芯片數(shù)據(jù)流關(guān)系圖 體現(xiàn)在三個(gè)方面體現(xiàn)在三個(gè)方面: : 芯片設(shè)計(jì)芯片設(shè)計(jì) 可靠性分析可靠性分析 數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析2. 2. 生物信息學(xué)在基因芯片中的應(yīng)用生物信息學(xué)在基因芯片中的應(yīng)用(1)(1) 芯片設(shè)計(jì)的一般性原則芯片設(shè)計(jì)的一般性原則 (1) (1)互

6、補(bǔ)性互補(bǔ)性 (2)(2)敏感性和特異性敏感性和特異性 (3)(3)容錯(cuò)性容錯(cuò)性: : 采用冗余探針采用冗余探針 (4) (4)可靠性可靠性 (5) (5)可控性可控性: : 設(shè)置質(zhì)量控制探針設(shè)置質(zhì)量控制探針 (6) (6)可讀性可讀性: : 通過(guò)探針布局通過(guò)探針布局, ,使雜交信號(hào)便于觀察理解使雜交信號(hào)便于觀察理解 基因芯片檢測(cè)的根本原理基因芯片檢測(cè)的根本原理DNADNA的變性和復(fù)性的變性和復(fù)性. . 因此因此探針如果在同一個(gè)芯片上與不同的點(diǎn)進(jìn)行雜交探針如果在同一個(gè)芯片上與不同的點(diǎn)進(jìn)行雜交, ,要求要求雜交的溫度要盡可能一致雜交的溫度要盡可能一致. .Tm: Tm: 凡使凡使50%50%雜交體

7、分子發(fā)生變性分解的溫度稱為解鏈溫雜交體分子發(fā)生變性分解的溫度稱為解鏈溫度度, , 即即Tm.Tm.(1)(1) 芯片設(shè)計(jì)的一般性原則芯片設(shè)計(jì)的一般性原則 一個(gè)理想的基因芯片圖像具有以下幾個(gè)性質(zhì)：一個(gè)理想的基因芯片圖像具有以下幾個(gè)性質(zhì)： （1 1）芯片單元的形狀和尺寸相同；）芯片單元的形狀和尺寸相同； （2 2）每個(gè)單元的中心位于象素點(diǎn)上；）每個(gè)單元的中心位于象素點(diǎn)上； （3 3）無(wú)灰塵等引起的噪聲信號(hào)；）無(wú)灰塵等引起的噪聲信號(hào)； （4 4）最小和均勻的圖像背景強(qiáng)度。）最小和均勻的圖像背景強(qiáng)度。 (2)(2) 可靠性分析可靠性分析(3)(3) 數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析圖象預(yù)處理圖象預(yù)處理網(wǎng)格定位網(wǎng)格定位背景濾除背景濾除熒光信號(hào)提取熒光信號(hào)提取歸一化處理歸一化處理網(wǎng)格定位結(jié)果1234GT010203040506070GCTA背景區(qū)域背景濾除熒光信號(hào)提取Cluster配合配合TreeView軟件軟件紅紅: : 正調(diào)節(jié)正調(diào)節(jié)綠綠: : 負(fù)調(diào)節(jié)負(fù)調(diào)節(jié)黑黑: :不變化或參照不變化或參照存在的問(wèn)題存在的問(wèn)題急需解決的問(wèn)題 ：生物芯片的重復(fù)利用。生物芯片的多重用途。統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。定量分析。降低檢測(cè)生物芯片