《微阵列分析导论》教学课件

《微阵列分析导论》幻灯片本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！《微阵列分析导论》幻灯片本课件PPT仅供大家学习使用课程学时安排学时：50学时安排：讲课34学时，实验16学时学分：3分成绩：考试占70％，实验和出勤占30％课程学时安排生物芯片相关书籍生物芯片分析－M.谢纳著生物芯片技术－邢婉丽程京著生物芯片技术与应用详解－G.哈德曼著生物芯片－马立人、蒋中华著基因芯片数据分析与处理－李瑶著DNAMicroarrayDataanalysis－IirisHovattaetal.2005IirisHovattaetal.,(2005)DNAmicroarrayDataAnalysis,2ndEdition.,CSC;2005.生物芯片相关书籍生物芯片分析－M.谢纳著IirisHov在许多情况下，生物学问题最终的解决都源于技术上的突破。

——MarkSchena

在许多情况下，生物学问题最终的解决都源于技术上的突破。本书共分为十六章，分届于三大局部，第一局部为根底知识，包括概述、微阵列基因芯片制备和检测技术以及统计学根底；第二局部内容是数据处理方法，包括实验设计、图像的获得和数据的前处理、数据的须处理和归一化、差异表达基因分析、芯片数据的可靠性分析、聚类分析和可视化以及微阵列实验中的分类方法；第三局部主要是与数据挖掘和应用相关的内容，包括微阵列技术的标难化、基因芯片数据的基因注释和功能分析、系统生物学及基因调控网络、基因芯片技术的应用——从基因筛选到临床诊断、主要数据分析软件的介绍和展望。本书共分为十六章，分届于三大局部，第一局部为根芯片打印仪芯片打印仪芯片杂交仪芯片杂交仪芯片扫描仪芯片扫描仪生物芯片技术简介每个组织和细胞中包含各种生物大分子，如蛋白质、DNA和RNA，为了解生物大分子与生命现象的关系，需要研究生物中所有不同种类蛋白质和核酸的功能，而传统检测方法一次只能检测一个生物大分子，生物芯片技术提供了高通量检测生物大分子的方法。生物芯片：把生物活性大分子〔如蛋白质和核酸〕或细胞等，密集排列在固定的固相载体上，形成微型的检测器件，固相载体通常是硅片、玻片、聚丙烯或尼龙膜等。①狭义：微阵列芯片，主要包括cDNA微阵列、寡核苷酸微阵列、蛋白质微阵列和小分子化合物微阵列等②广义：能对生物成分或生物分子进展快速并行处理和分析的厘米见方的固体薄型器件，主要还包括微流体芯片和“芯片实验室〞。生物芯片技术简介每个组织和细胞中包含各种生物大分子，如蛋白生物芯片主要特点微型化自动化

网络化生物芯片主要特点微型化生物芯片类型基因芯片genechip蛋白质芯片proteinchip组织芯片tissuemicroarray微流体芯片和缩微芯片实验室生物芯片类型基因芯片genechip微阵列(microarray):是一种平面的基质载体，它上面规那么地、特异性地吸附着基因或基因产物。细胞什么是微阵列？微阵列芯片基因表达资料mRNA对mRNA进行标记杂交定量微阵列(microarray):是一种平面的基质载体，它上面How?靶标标记探针genemRNAHow?靶标标记探针genemRNA微阵列分析微阵列分析〔microarrayanalysis):利用微阵列芯片通过一些实验步骤来研究生物、化学及物理方面的问题。在微阵列分析中，从细胞中抽提得到mRNA，把mRNA进展荧光标记，然后和含有基因序列的玻璃芯片进展杂交。芯片上每个点能和杂交液中的荧光标记的特异性cDNA杂交，使得每个点的荧光信号和基因表达的丰度成正相关。能够在基因组规模上对基因表达谱、患者基因型、药物代谢、疾病的发生和进展过程进展快速和定量的分析。应用领域：医学、农业、食品微阵列分析微阵列分析〔microarrayanalysi微阵列的起源生物芯片是随人类基因组方案启动和实施应运而生；1991年Fodor等人首先提出DNA芯片的概念；1991年Affymetrix率先生产世界上第一块基因芯片；1995年第一块以玻璃为载体的基因芯片在美国斯坦福大学实验室诞生，由Schena及其同事研究出来的。目的是研究拟南芥的转录因子，从而快速而准确的研究植物的基因表达过程，标志着生物芯片技术步入广泛研究和应用时期；生物芯片技术已成为功能基因组研究中最根本的实验手段微阵列的起源生物芯片是随人类基因组方案启动和实施应运而生；基因芯片技术的产生和开展DNA体外聚合重组DNA技术PCR〔聚合酶链反响〕技术DNA杂交技术基因芯片技术的产生和开展DNA体外聚合《微阵列分析导论》教学课件核酸分子固相杂交方法菌落原位杂交〔Colonyinsituhybridization〕Southern印迹杂交〔Southernblot〕Northern印迹杂交〔Northernblot〕斑点杂交〔Dotblot〕组织原位杂交〔Tissueinsituhybridization〕反向杂交，基因芯片的前身核酸分子固相杂交方法菌落原位杂交〔Colonyinsit探针探针标记放射性同位素标记，125I、32P、33P和35S非放射性标记荧光法，化学发光法，电化学发光法，生物发光，显色法探针种类〔Probetype〕基因组探针cDNA探针寡聚核苷酸探针〔Oligo〕探针探针标记探针的来源DNA探针根据其来源有3种：一种来自基因组中有关的基因本身，称为基因组探针〔genomicprobe〕；另一种是从相应的基因转录获得了mRNA，再通过逆转录得到的探针，称为cDNA探针〔cDNAprobe〕。与基因组探针不同的是，cDNA探针不含有内含子序列。此外，还可在体外人工合成碱基数不多的与基因序列互补的DNA片段，称为寡核苷酸探针。探针的来源DNA探针根据其来源有3种：微阵列是如何定义的？微阵列必须符合：①有规那么的；②显微尺度的；③平面的；④特异性的。微阵列是如何定义的？微阵列必须符合：吸附在玻璃基片上的靶标DNA分子。单链的靶标DNA分子和溶液中荧光素标记的探针发生杂交结合，使得芯片上的点呈现出荧光信号，信号的强度和对应的基因表达水平成正相关，荧光信号的强度按照彩色模式来赋予不同的颜色，基因的表达情况能够通过检测芯片上不同位置的荧光信号来定量。吸附在玻璃基片上的靶标DNA分子。单链的靶标DN规那么的微阵列规那么的阵列是指阵列上待分析的单元按照行和列的方式进展排列的集合微阵列上的点按照行和列规那么地排列而非无规那么排列；点的大小和点间距均一而非不均一；点的位置明确而非模棱两可。微阵列定义规那么的微阵列规那么的阵列是指阵列上待分析的单元按照行显微尺度的点显微尺度〔microscopic):是一个物体假设没有显微镜的帮助，不能清楚地被看见。一般以小于1mm为界。微阵列：①光引导原位合成的点：15～30µm②点制的点：50～350µm③组织芯片的点：200～600µm微阵列定义显微尺度的点显微尺度〔microscopic):是一个物体假平面基片平面基片是像玻璃、塑料、硅片一样平行不能弯曲的基质载体。玻片是微阵列中用得最为广泛的基质载体。非平面基片：尼龙膜、硝酸纤维素膜等。平坦的外表优点：适合大规模自动化生产；为光掩膜、接触式针点样、喷墨式非接触点样和其它制备工序提供了精细的距离，确保制备微阵列的高质量；使扫描和成像变得容易。微阵列定义平面基片平面基片是像玻璃、塑料、硅片一样平行不能弯曲的基质载特异性吸附微阵列上的每一个点能与标记好的探针混合物中的一种分子发生吸附，才能对此基因或基因产物进展准确的检测微阵列定义特异性吸附微阵列上的每一个点能与标记好的探针混合物中的一种探针混合物中一种标记好的探针分子能和cDNA微阵列芯片上唯一的一个cDNA靶标进展杂交，或者与寡聚核昔酸微阵列芯片上的一组相应的寡聚核苷酸进展杂交。含有短的寡聚核苷酸阵列上的靶标和单一的探针分子杂交时常会产生不能分辨的多个杂交信号。探针混合物中一种标记好的探针分子能和cDNA微阵列芯片上唯一微阵列的类别微阵列的类别实验设计每次微阵列分析实验应该包括阳性对照、阴性对照和实验对象阳性对照是指在微阵列上的点，不管实验对象得到的是什么样的结果，这些点都能产生可按识别的信号。阳性对照产生的可识别信号极大地改善了评估实验数据的能力，特别在实验对象得到阴性结果时尤显突出。阳性对照得到了强烈信号后，就能排除对实验失败的错误解释，例如可排除问题出在杂交、清洗、扫描或数据分析的步骤上。只有阳性对照中也末产生可识别的信号，才能对微阵列分析的阴性结果下一个确切的结论。实验设计每次微阵列分析实验应该包括阳性对照、阴性对照和阴性对照是指在微阵列上的点，不管实验对象得到的是什么样的结果，这些点都不能产生信号。阴性对照能排除或减小非特异性反响(如染色和穿插杂交)带来的信号而增加实验数据的可信度。假设分析时没有阴性对照做参考而对微阵列分析实验下结论是一件很冒险的事。实验对象是指在实验中要寻找的新信息。这些信息包括基因表达谱、基因型、其他生物过程或途径。阴性对照是指在微阵列上的点，不管实验对象得到的是什么样的结《微阵列分析导论》教学课件ExpressionprofilingwithDNAmicroarrayscDNA“A〞Cy5labeledcDNA“B〞Cy3labeledHybridizationScanningLaser1Laser2+AnalysisImageCaptureExpressionprofilingwithDNAAyellow

spot→agenethathybridizedtobothgreenandredcDNA:expressedbothinhealthycellsandcancercells!Ayellowspot→agenethathy实验设计④③生物学问题“根和叶的基因表达有和不同？”样品制备mRNA分离、探针标记、PCR、微阵列点制生化反应杂交、基片处理、封闭、清洗检测选择荧光通道、激光设置、生成图像数据分析和建立模型数据定量、计算比率、聚类分析①②⑤微阵列分析的五个步骤实验设计④③生物学问题“根和叶的基因样品制备m基因芯片的数据挖掘基因芯片的数据挖掘微阵列分析的一些应用发育人类疾病药物研发遗传筛选和诊断微阵列分析的一些应用发育微阵列分析能用于检测不同组织中的基因表达谱。基因表达的信号强度按照彩虹图模式来显示，高水平表达用红色表示，低水平用黑色表示。微阵列分析应用发育微阵列分析能用于检测不同组织中的基因表达谱。基因表微阵列分析应用人类疾病正常人和阿尔茨海默症患者的脑组织样品用微阵列技术进展定量分析后显示了一个在患者脑组织中表达上调的基因。这个基因可能与疾病的发生有关。微阵列分析应用人类疾病正常人和阿尔茨海默症患者的脑微阵列分析应用药物研发疾病发生伴随着一个基因被激活和两个基因受抑制。用A药物处理后，变化异常的基因回复到正常水平。用B药物处理后，原来变化异常的基因表达也回复到正常水平，但又两个新的基因受到抑制，预示B药物可能存在副作用微阵列分析应用药物研发疾病发生伴随着一个基因被激活和总结微阵列分析是20世纪90年代早期开展的一项革命性新技术。该技术使用了微型化〔微阵列芯片〕来对基因和基因产物做定量的分析。有较高的分析速度和较好的分析精度，可一次分析人的整个基因组，在10min内定量获得3万多个基因的表达情况。其开展历史可追溯到20世纪50年代，期间包括发现DNA聚合酶、重组DNA技术和PCR技术。具有网络化、微型化和自动化特点。主要包括五个步骤。可用于发育、人类疾病、药物发现、诊断等研究。总结微阵列分析是20世纪90年代早期开展的一项革命性新技术。CGH比较基因组杂交技术是一种将消减杂交、荧光染色体原位杂交〔fluorescenceinsituhybridizationFISH〕相结合，用于检测待测组织DNA顺序拷贝数目的变化〔缺失、扩增、复制〕，并将这些异常在染色体上定位的方法。将不同基因组DNA分别用不同颜色〔绿、红〕的荧光标记后，等比例一同与染色体杂交，扫描不同染色体上两种颜色的比率变化，来判断该处存在缺失或扩增。CGH法是消减杂交策略各方法中唯一不能直接获得基因片段的方法，其优点是CGH在一次实验中即可对整个基因组进展检测，节省了操作步骤，并能将检测出的异常DNA序列在染色体上定位，便于进一步筛选相关基因。其缺点是不能显示染色体易位、倒位及其他不改变DNA拷贝数目的异常，并且该法的稳定性和重复性有待于提高。

CGH比较基因组杂交技术是一种将消减杂交、荧光染色体原位杂交《微阵列分析导论》幻灯片本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！《微阵列分析导论》幻灯片本课件PPT仅供大家学习使用课程学时安排学时：50学时安排：讲课34学时，实验16学时学分：3分成绩：考试占70％，实验和出勤占30％课程学时安排生物芯片相关书籍生物芯片分析－M.谢纳著生物芯片技术－邢婉丽程京著生物芯片技术与应用详解－G.哈德曼著生物芯片－马立人、蒋中华著基因芯片数据分析与处理－李瑶著DNAMicroarrayDataanalysis－IirisHovattaetal.2005IirisHovattaetal.,(2005)DNAmicroarrayDataAnalysis,2ndEdition.,CSC;2005.生物芯片相关书籍生物芯片分析－M.谢纳著IirisHov在许多情况下，生物学问题最终的解决都源于技术上的突破。

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在许多情况下，生物学问题最终的解决都源于技术上的突破。本书共分为十六章，分届于三大局部，第一局部为根底知识，包括概述、微阵列基因芯片制备和检测技术以及统计学根底；第二局部内容是数据处理方法，包括实验设计、图像的获得和数据的前处理、数据的须处理和归一化、差异表达基因分析、芯片数据的可靠性分析、聚类分析和可视化以及微阵列实验中的分类方法；第三局部主要是与数据挖掘和应用相关的内容，包括微阵列技术的标难化、基因芯片数据的基因注释和功能分析、系统生物学及基因调控网络、基因芯片技术的应用——从基因筛选到临床诊断、主要数据分析软件的介绍和展望。本书共分为十六章，分届于三大局部，第一局部为根芯片打印仪芯片打印仪芯片杂交仪芯片杂交仪芯片扫描仪芯片扫描仪生物芯片技术简介每个组织和细胞中包含各种生物大分子，如蛋白质、DNA和RNA，为了解生物大分子与生命现象的关系，需要研究生物中所有不同种类蛋白质和核酸的功能，而传统检测方法一次只能检测一个生物大分子，生物芯片技术提供了高通量检测生物大分子的方法。生物芯片：把生物活性大分子〔如蛋白质和核酸〕或细胞等，密集排列在固定的固相载体上，形成微型的检测器件，固相载体通常是硅片、玻片、聚丙烯或尼龙膜等。①狭义：微阵列芯片，主要包括cDNA微阵列、寡核苷酸微阵列、蛋白质微阵列和小分子化合物微阵列等②广义：能对生物成分或生物分子进展快速并行处理和分析的厘米见方的固体薄型器件，主要还包括微流体芯片和“芯片实验室〞。生物芯片技术简介每个组织和细胞中包含各种生物大分子，如蛋白生物芯片主要特点微型化自动化

网络化生物芯片主要特点微型化生物芯片类型基因芯片genechip蛋白质芯片proteinchip组织芯片tissuemicroarray微流体芯片和缩微芯片实验室生物芯片类型基因芯片genechip微阵列(microarray):是一种平面的基质载体，它上面规那么地、特异性地吸附着基因或基因产物。细胞什么是微阵列？微阵列芯片基因表达资料mRNA对mRNA进行标记杂交定量微阵列(microarray):是一种平面的基质载体，它上面How?靶标标记探针genemRNAHow?靶标标记探针genemRNA微阵列分析微阵列分析〔microarrayanalysis):利用微阵列芯片通过一些实验步骤来研究生物、化学及物理方面的问题。在微阵列分析中，从细胞中抽提得到mRNA，把mRNA进展荧光标记，然后和含有基因序列的玻璃芯片进展杂交。芯片上每个点能和杂交液中的荧光标记的特异性cDNA杂交，使得每个点的荧光信号和基因表达的丰度成正相关。能够在基因组规模上对基因表达谱、患者基因型、药物代谢、疾病的发生和进展过程进展快速和定量的分析。应用领域：医学、农业、食品微阵列分析微阵列分析〔microarrayanalysi微阵列的起源生物芯片是随人类基因组方案启动和实施应运而生；1991年Fodor等人首先提出DNA芯片的概念；1991年Affymetrix率先生产世界上第一块基因芯片；1995年第一块以玻璃为载体的基因芯片在美国斯坦福大学实验室诞生，由Schena及其同事研究出来的。目的是研究拟南芥的转录因子，从而快速而准确的研究植物的基因表达过程，标志着生物芯片技术步入广泛研究和应用时期；生物芯片技术已成为功能基因组研究中最根本的实验手段微阵列的起源生物芯片是随人类基因组方案启动和实施应运而生；基因芯片技术的产生和开展DNA体外聚合重组DNA技术PCR〔聚合酶链反响〕技术DNA杂交技术基因芯片技术的产生和开展DNA体外聚合《微阵列分析导论》教学课件核酸分子固相杂交方法菌落原位杂交〔Colonyinsituhybridization〕Southern印迹杂交〔Southernblot〕Northern印迹杂交〔Northernblot〕斑点杂交〔Dotblot〕组织原位杂交〔Tissueinsituhybridization〕反向杂交，基因芯片的前身核酸分子固相杂交方法菌落原位杂交〔Colonyinsit探针探针标记放射性同位素标记，125I、32P、33P和35S非放射性标记荧光法，化学发光法，电化学发光法，生物发光，显色法探针种类〔Probetype〕基因组探针cDNA探针寡聚核苷酸探针〔Oligo〕探针探针标记探针的来源DNA探针根据其来源有3种：一种来自基因组中有关的基因本身，称为基因组探针〔genomicprobe〕；另一种是从相应的基因转录获得了mRNA，再通过逆转录得到的探针，称为cDNA探针〔cDNAprobe〕。与基因组探针不同的是，cDNA探针不含有内含子序列。此外，还可在体外人工合成碱基数不多的与基因序列互补的DNA片段，称为寡核苷酸探针。探针的来源DNA探针根据其来源有3种：微阵列是如何定义的？微阵列必须符合：①有规那么的；②显微尺度的；③平面的；④特异性的。微阵列是如何定义的？微阵列必须符合：吸附在玻璃基片上的靶标DNA分子。单链的靶标DNA分子和溶液中荧光素标记的探针发生杂交结合，使得芯片上的点呈现出荧光信号，信号的强度和对应的基因表达水平成正相关，荧光信号的强度按照彩色模式来赋予不同的颜色，基因的表达情况能够通过检测芯片上不同位置的荧光信号来定量。吸附在玻璃基片上的靶标DNA分子。单链的靶标DN规那么的微阵列规那么的阵列是指阵列上待分析的单元按照行和列的方式进展排列的集合微阵列上的点按照行和列规那么地排列而非无规那么排列；点的大小和点间距均一而非不均一；点的位置明确而非模棱两可。微阵列定义规那么的微阵列规那么的阵列是指阵列上待分析的单元按照行显微尺度的点显微尺度〔microscopic):是一个物体假设没有显微镜的帮助，不能清楚地被看见。一般以小于1mm为界。微阵列：①光引导原位合成的点：15～30µm②点制的点：50～350µm③组织芯片的点：200～600µm微阵列定义显微尺度的点显微尺度〔microscopic):是一个物体假平面基片平面基片是像玻璃、塑料、硅片一样平行不能弯曲的基质载体。玻片是微阵列中用得最为广泛的基质载体。非平面基片：尼龙膜、硝酸纤维素膜等。平坦的外表优点：适合大规模自动化生产；为光掩膜、接触式针点样、喷墨式非接触点样和其它制备工序提供了精细的距离，确保制备微阵列的高质量；使扫描和成像变得容易。微阵列定义平面基片平面基片是像玻璃、塑料、硅片一样平行不能弯曲的基质载特异性吸附微阵列上的每一个点能与标记好的探针混合物中的一种分子发生吸附，才能对此基因或基因产物进展准确的检测微阵列定义特异性吸附微阵列上的每一个点能与标记好的探针混合物中的一种探针混合物中一种标记好的探针分子能和cDNA微阵列芯片上唯一的一个cDNA靶标进展杂交，或者与寡聚核昔酸微阵列芯片上的一组相应的寡聚核苷酸进展杂交。含有短的寡聚核苷酸阵列上的靶标和单一的探针分子杂交时常会产生不能分辨的多个杂交信号。探针混合物中一种标记好的探针分子能和cDNA微阵列芯片上唯一微阵列的类别微阵列的类别实验设计每次微阵列分析实验应该包括阳性对照、阴性对照和实验对象阳性对照是指在微阵列上的点，不管实验对象得到的是什么样的结果，这些点都能产生可按识别的信号。阳性对照产生的可识别信号极大地改善了评估实验数据的能力，特别在实验对象得到阴性结果时尤显突出。阳性对照得到了强烈信号后，就能排除对实验失败的错误解释，例如可排除问题出在杂交、清洗、扫描或数据分析的步骤上。只有阳性对照中也末产生可识别的信号，才能对微阵列分析的阴性结果下一个确切的结论。实验设计每次微阵列分析实验应该包括阳性对照、阴性对照和阴性对照是指在微阵列上的点，不管实验对象得到的是什么样的结果，这些点都不能产生信号。阴性对照能排除或减小非特异性反响(如染色和穿插杂交)带来的信号而增加实验数据的可信度。假设分析时没有阴性对照做参考而对微阵列分析实验下结论是一件很冒险的事。实验对象是指在实验中要寻找的新信息。这些信息包括基因表达谱、基因型、其他生物过程或途径。阴性对照是指在微阵列上的点，不管实验对象得到的是什么样的结《微阵列分析导论》教学课件ExpressionprofilingwithDNAmicroarrayscDNA“A〞Cy5labeledcDNA“B〞Cy3labeledHybridizationScanningLaser1Laser2+AnalysisImageCaptureExpressionprofilingwithDNAAyellow

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