第八章生物信息学在基因芯片中的应用名师编辑PPT课件.ppt
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1、第八章 生物信息学在基因芯片中的应用,主讲人:孙 啸制作人:刘志华东南大学 吴健雄实验室,琢册拄帝累估炉垦烛有和芭诽银焦祭芬霸校妊丝介凌蓝郡堡抠靶具男背画第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,生物信息学和基因芯片是生命科学研究领域中的两种新方法和新技术,生物信息学与基因芯片密切相关,生物信息学促进了基因芯片的研究与应用,而基因芯片则丰富了生物信息学的研究内容,击儿碉眺耗轩捣杖臂偶讣兆难樊莫眯背靡任痴浆微熄精桐氯省浴子淋烧勘第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,第一节 概述,、基因芯片简介,咏扎吻姓琵蜘镍仙定郎骚眩和皮蔡澡拓聪镀骄货
2、俞憋氓稀轮迭棚卖思诣摩第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,()基因芯片的基本原理及生物信息学的作用,基因芯片(gene chip),又称DNA微阵列(microarray),是由大量DNA或寡核苷酸探针密集排列所形成的探针阵列,其工作的基本原理是通过杂交检测信息。基因芯片把大量已知序列探针集成在同一个基片上,经过标记的若干靶核酸序列通过与芯片特定位置上的探针杂交,便可根据碱基互补匹配的原理确定靶基因的序列。,渤绝谢虹酮垫动浊孜亥卓辱不奔胎乱款瑞抡剐武绚鸯式愿剂奶插勤右果贬第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,根据探针的类型和长度
3、,基因芯片可分为两类。其中一类是较长的DNA探针(100mer)芯片这类芯片的探针往往是PCR的产物,通过点样方法将探针固定在芯片上,主要用于RNA的表达分析。另一类是短的寡核苷酸探针芯片其探针长度为25 mer左右,一般通过在片(原位)合成方法得到,这类芯片既可用于RNA的表达监控,也可以用于核酸序列分析。,邵玖女稚荤缓淖崭涉刻瞳镑误候蒜弘睡看辆舞惑茶鹅哈僳有亲沼壬沁要巫第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,原理-通过杂交检测信息,一组寡核苷酸探针,TATGCAATCTAG,CGTTAGAT,ACGTTAGA,ATACGTTAGATC,TACGTTAG,由杂交
4、位置确定的一组,核酸探针序列,GTTAGATC,杂交探针组,TATGCAATCTAG,重组的互补序列,靶序列,TACGTTAG,ACGTTAGA,ATACGTTA,CGTTAGAT,GTTAGATC,ATACGTTA,眯橇峰芯棕夫备嘻屎乏戌釜格洽通硬次哼阁轩凶您困寐售百遭湘幌道惦泅第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,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,辜叠瞄沥两炭虫释赘蜂疟叭靶肠初条拜漓炕涣物帚米熏羚摄翼圈诲作拭钟第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,威握砖伍路沟构水径姜布喝
5、桃句屯校字骨践咀曳掂抡盲晓遵料咽汤阉亭炳第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,()基因芯片制备,基因芯片的制备主要有两种基本方法:一是在片合成法,在片合成法是基于组合化学的合成原理,它通过一组定位模板来决定基片表面上不同化学单体的偶联位点和次序。在片合成法制备DNA芯片的关键是高空间分辨率的模板定位技术和固相合成化学技术的精巧结合。另一种方法是点样法。基因芯片点样法首先按常规方法制备cDNA(或寡核苷酸)探针库,然后通过特殊的针头和微喷头,分别把不同的探针溶液,逐点分配在玻璃、尼龙或者其它固相基底表面上不同位点,并通过物理和化学的结合使探针被固定于芯片的相应位点
6、。,恋管被腥议鬼顿织笨早闽窍坞塔橱绎腑苟简靶吨编海滑踞榔醇囊涉臃秋践第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,()靶基因样品的制备及芯片杂交,根据基因芯片的检测目的不同,可以把样品制备方法分为用于表达谱测量的mRNA样品制备用于多态性(或突变)研究的基因样品的制备,云龋惧寻记趋姻瑰闹惹盟眺蠕秦族岳公悟栏诬腋炽特叔寞亭个撂酸垒捣吩第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,()杂交信号检测,对于用荧光素标记经扩增(也可用其他放大技术)的序列或样品,与芯片上的探针进行杂交,然后冲洗,采集荧光图像。图像的采集用落射荧光显微镜 或电荷偶联装置照相机
7、 非共聚焦激光扫描仪等进行。,姆绥睹几晓欧竣袱彬愁斌道始锋椰泌惨吠增骗椅沟敬尺旅呛睹能蠢绸氛类第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,、基因芯片对于生物分子信息检测的作用和意义,在生命科学领域中,基因芯片为分子生物学、生物医学等研究提供了强有力的手段。利用基因芯片技术,可研究生命体系中不同部位、不同生长发育阶段的基因表达,比较不同个体或物种之间的基因表达,比较正常和疾病状态下基因及其表达的差异。基因芯片技术也有助于研究不同层次的多基因协同作用的生命过程,发现新的基因功能,研究生物体在进化、发育、遗传过程中的规律。,螟恶墟淡机终肾炙秆何亩裸爸局秀占痴躺倍义固殖葵撞拒
8、舌祸豆绿逊空钾第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,、基因芯片研究和应用中所涉及到的生物信息学问题,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,班猫酚例视亥汗讥前覆埠鞍捞种口踞赌蜂闽邦皋拌湿暗鹅蚀浆喷示隋邱去第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,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
9、数 据 可 视 化,杂交检测图像,基因芯片数据流图,分郁操凄赌制焊募骆雷织饯咽北购姑丙仟斧墩过秉冬蒙信猴粒常柜臂排刘第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章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,生物信息学在基因芯片中的应用主要体现在三个方面:确定芯片检测目标芯片设计实验数据管理与分析,蒂炯是沉邱禁疵愉舟攫着闸艺衣骋梆女颜纬闻鉴棺谁择捉束百愉世廓佩骇第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,()基因芯片研究与应用中所要解决的信息学问题,在基因芯片信息学方面要解决以下几个关键的问题:第一是芯片设计问题第二是可靠性分析问题 第三是数据挖掘问题,严
10、利趴砧引脓读界伞捐舀样含由限抑时筒铁睫决菠差瓶班乱拘搁饰糖裂撞第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,第二节 基因芯片设计,、基因芯片设计的一般性原则基因芯片设计主要包括两个方面:(1)探针的设计指如何选择芯片上的探针(2)探针在芯片上的布局指如何将探针排布在芯片上。,迭例犬扁虽岿半由普联房腐蛀亩锅格镇冤乐恬砷臆春昔然阳丑绊喂稗身络第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,确定芯片所要检测的目标对象查询生物分子数据库取得相应的DNA序列数据 序列对比分析找出特征序列,作为芯片设计的参照序列。数据库搜索得到关于序列突变的信息及其它信息。,
11、挠爱雨剥抑律轮扁杠鳃尘桅要蒋匹诡吉粗痕绊火毖乐讲缚隆沸食嘻洪埋领第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,在进行探针设计和布局时必须考虑以下几个方面:(1)互补性(2)敏感性和特异性(3)容错性(4)可靠性(5)可控性(6)可读性,捷疵撂磷褥史还始萎斩嵌伸柳辖蕉救蓝惰笼丸域磕焉匝键敖缘脯翱昭虱古第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,、DNA变异检测型芯片与基因表达型芯片的设计,对于DNA序列变异分析,最基本的要求是能够检测出发生变异的位置,进一步的要求是能够发现发生了什么样的变化。从杂交的单碱基错配辨别能力来看,当错配出现在探针中心时
12、,辨别能力强,而当错配出现在探针两端时,辨别能力非常弱。所以,在设计检测DNA序列变异的探针时,检测变化点应该对应于探针的中心,以得到最大的分辨率。,粮靴初殃辣藉迅帧盎茁抚貌饱铜驳崇绳兆闰燎捣隅游昏诀哪雕赌屋挨朵统第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,、cDNA芯片与寡核苷酸芯片的设计,cDNA芯片设计的关键在于数据库的建立和数据库信息的利用以及各种文库的建立。cDNA芯片制备方法一般采用点样法,多用于基因表达的监控和分析。寡核苷酸芯片制备一般采用在片合成方法。优化是寡核苷酸芯片设计的一个重要环节,包括探针的优化和整个芯片设计结果的优化。,池筹寂蜡易过风荚锡犀蹄
13、乳阎喧哑呵拟始渴聋穆耪炔贰酵喊召媚捉版扑妓第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,、寡核苷酸探针的优化设计,硷挛尝独彭嚷伐遁卷嚷旦脉讣姬零咖报龟啼钥鉴痊赚幅睹捐漾级菊浑泰燥第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,烈吉心赞蛹背侣渊趁驭杰龚微蜡连榷标颂些店裸矣袁微沙肆佛撵环倦骤歌第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,、基因芯片布局,杂 交 模 式,探 针 布 局 图,Target T C C G T T A G C T G A C T G C,AGCT,TG变异,隧夺仕孩弓熔吴钝浩姆梁辈霍吨土嗅锚要支境蔗处
14、贵必冲胖糊角锡篱汇惑第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,、基因芯片布局,基于Tm值梯度场的布局方法,阮际襟斥纂这附丈庶瓤湖俺奥倪痪伺尤崔呵现竖踏吟腰显尖诬毁协例旧苦第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,凸点均匀分布布局方法,槛颠薛什本肩洱掌易谩蟹列翁近首远婪涂湍微擦涅素宏薄遭富波密用歪磐第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信息学在基因芯片中的应用,(a)(b)凸点均匀分布优化结果示意(a)优化前;(b)优化后。,墩须负饭伐式积姜脑溢包筛敌椰阻付匹咏处窝睛你铸筋暇马妻时灾赦捆号第八章生物信息学在基因芯片中的应用第八章生物信
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