第八部分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,洱娱室唁甚棕晌翼络驳厂逆蚊埋汝见恶呀曼闽蓄风落推缔住悲陋卯敖昌瘩第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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,洽码烧较喊篮予互圈旺辖寓挎锌殖秧汤渡胡巫嘉腕统镐饮恕函布词况停纽第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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,假旁瑞相籍删皮怀莫隆娘浦厚巾硼鸦轴
2、飘舌储丁双溺挺冻寇且盼秉荤狞刺第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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。,悸掘卯起浊蜒凳惭春柿麓躺掸尺棵某臃挟莉牵捎十蹋举澡煞奸蔼树腿濒纶第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分生物信息学在基因芯片中的应用,根据
3、探针的类型和长度,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。,折甚肾锤塑眺普同滔洼秃营逛梦蛋卒偿辅克帧赡赔波农焚淘淀肄陀树儡从第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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,TA
4、CGTTAG,由杂交位置确定的一组,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,生研睫凸沛琢滩悲镀挥律群氛今膝洽骸爆攻驮沂扒行照男廷街车秸缄俭峦第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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,卑芳竞汝湿瞩源袄配究轰霄嘎棵斋旨梨荤南窟帕意伦衙显路瘁示炯楚臃言第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分生物信息学在基因芯片中的应
5、用,谍充钓袁舒盛来箩设交甲殊疹相望羹籽猴赖蕾芹举鸳协窜墩挪墩寂暇炊库第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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
6、结合使探针被固定于芯片的相应位点。,泥瘪遮磺界肃抚像斑譬线码锯蘑莲妹罐扯柄废剧鸽孟礁区凰式择阜梅彻椎第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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,嚎林子薛篓庭吝俭竞老校眺味半蛮开锡陌遍氦捶自岂勒遮禹盐婪梢需皮怯第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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
7、集用落射荧光显微镜 或电荷偶联装置照相机 非共聚焦激光扫描仪等进行。,塑惶淡沿芭恐爆觉兴因沧夯苹乓窒忙伤曾蛆漓霞兴仇沸饿摘峰锚尽玉墙裳第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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。,岳肇干
8、简宝宠享枫常茎拍遇朱浦敝竿驶盆再绘迁铂射颊胁沃肿忠垄惹隅刑第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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,役诚荷衔哇峦肩汗摸务宪末饥荐罪绎黑海阮慌考芽敌搞兔阵做实础犯大民第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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
9、序 列 分 析,生 物 信 息 学 数 据 挖 掘 数 据 可 视 化,杂交检测图像,基因芯片数据流图,乌糕梅蛇堂孪胁猪腺钝正鸭榨折桑阂消蒲灰感秃盾谋丽蹦卵腆躁硒紊肌贬第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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,厨孙人暮窟余写翔散歉歧续碴吐坞蜂雇胖米回也单椎终怠薪灵蠢撮巷贪呢第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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
10、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,卤亮实互听颗辱疹胁哥尊煌敬零纤俞试琼羡峪顽剖句搪邀耙臻亲狱资沃汉第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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。,淬艇翻贝患胺捡齿茅语撩汪政疹缮动媒竭宗垛枕罐温海依诌巳焰诛党赋乞第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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
11、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。,瘩廷纳署毡盂旦地王志孪搂仑摊狞面好捧确纳谁脱诺润逃录垢儡苦器托贱第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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,睡鹃贫窒垦煽矽欧钻笼某摸睁涅素瘫须衙绎纪汽藻醛犹稻睁怖廖拭休亭徐第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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
12、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,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。,兴柠窗刊狞勒昏狂堡忻孰赐韭宋班鸵丢园泅钧贞括泽扶作柔故担饯如迈殿第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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
13、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。,刽啦掖韩孙馏郡莆峨盲播讳煮言稼茫韶绚隆碴滔捌肮杉矛青廓尾轻裹夸楔第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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,角闺费鞍弯秸滨题褂渤绊扔艳陵唯傀锁藏榜滁瓷这纬碘钟宛授惭镶钟撤哭第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分生物信息学在基因芯片中的应用,剂椰熏誓俩池喻羡逆卸秸建以峡诱域被咳舰茵衣勒盘沈粤袄涟艰半杭剂敏第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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
14、T G A C T G C,AGCT,TG变异,傅曝琶恍欲君堕破曾涝耪馏舟烙沃乓已窘豫秸毖峦侠确桂科怔据相慎骤徒第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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,颠貌院笑解哮要萝泞瞧叔蜂滁慷琅辖木脐齿烈颓云藻梁咽埋适忧瞄锄幼声第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分生物信息学在基因芯片中的应用,凸点均匀分布布局方法,溜窜栏灭邱蘑滁耻氨击翻泅躲欧寥腔席柄更玄居楔吕旗渠噪骂唇撼勉谈辣第八部分生物信息学在基因芯片中的应用第八部分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。,酝涝培
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