实习3芯片数据的基本处理和分析

实习三：

芯片数据的基本处理和分析

王斌陈欢阮陟王丹浙江加州国际纳米技术研究院(ZCNI)实习一基因组数据注释和功能分析实习二核苷酸序列分析实习三芯片数据的基本处理和分析实习四蛋白质结构与功能分析实习五蛋白质组学数据分析实习六系统生物学软件实习课程内容基因组学转录物组学蛋白质组学系统生物学芯片数据分析的一般流程：芯片杂交实验，芯片数据采集（读取扫描图）数据基本处理数据提交公共数据库数据生物信息学分析

3浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@实习内容：TIGRTM4软件的介绍和使用GenMAPP软件的介绍和使用GEO数据库的介绍4浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@Cy3Cy5Cy5-cDNACy3-cDNARTRTcDNAarray样本mRNA对照mRNATIF扫描图常见的双通道（dualchannel）实验流程：对照基因(referencegene)：绿色荧光标记(G)样本基因(samplegene)：红色荧光标记(R)5浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@6浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@区块(block)非饱和区域饱和区域信号杂交的一些概念背景探针区域7浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@ApackageofOpenSourcesoftwareprogramsforMicroarrayanalysis

芯片数据采集（读取扫描图）数据基本处理存储整理芯片数据（数据库）芯片数据分析结果的图形显示TIGRTM4:8浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@GenePix格式（.gpr）9浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@Agilent格式（.txt）：10浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@MEV文件：MEV格式的芯片数据11浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@ExpressConverter:芯片数据的格式转换12浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@ExpressConverter主界面：13浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@ExpressConverter使用方法：选择“InputFormat→GenPix”,指定输入的文件格式;

选择“File→Selectinputfiles”，选定一个或多个需要转换的文件;选择“File→Startconverting”，格式开始转换。待状态栏显示“Convertingissuccessful”后，格式转换完成。此时在原genepix存放的文件夹中会出现文件名相同但扩展名不同的.mev和.ann的文件。

14浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@inputoutput15浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@程序运行前程序运行结果16浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@MEV文件：MEV格式的芯片数据17浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@MEV注释文件（后缀名为.ann）18浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@课堂练习使用ExpressConverter将testdata.gpr转换成testdata.mev和testdata.ann。用记事本查看testdata.gpr，testdata.mev和testdata.ann。ExpressConverter快捷方式：“开始”→“所有程序”testdata.gpr：C:\ProgramFiles\ExpressConverter\samples\19浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@MIDAS:数据基本处理20浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@低质量数据过滤根据Flag过滤根据信号和背景值过滤21浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@MEV文件：MEV格式的芯片数据22浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@FlagsinMevfile:A–0non-saturatedpixelsinthespotB–0-50non-saturatedpixelsinthespotC–50ormorenon-saturatedpixelsinthespotX–spotisrejected,duetospotshapeandintensityrelativetobackgroundY–backgroundishigherthanspotintensityZ–spotnotdetectedbySpotfindergood23浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@由于样本差异、荧光标记效率和检出率的不平衡等因素，需对cy3和cy5的原始提取信号进行均衡和修正才能进一步分析实验数据，Normalization正是基于此种目的。芯片内的数据标准化（Normalization）24浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@MIDAS可选的数据处理方法

标准化处理方法TotalIntensitynormalization

低质量数据过滤方法Invalid-intensitycheckingLOWESS(Locfit)normalizationIterativelinearregressionnormalizationIterativelogmeancenteringnormalizationRatioStatisticsnormalizationLowintensityfilterStandarddeviationregularizationSliceanalysis(non-statistical)In-slidereplicatesanalysisFlip-dyeconsistencycheckingRatioStatisticsconfidenceintervalcheckingSignal/NoisecheckingCross-file-trimSpotQCflagcheckingMA-ANOVACross-slidereplicatest-test(statistical)Cross-slideone-classSAM(statistical)

差异表达基因识别方法25浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@芯片内的数据标准化（Normalization）AAMAplotInmanymicroarraygeneexpressionexperiments,thegeneralassumptionisthatmostofthegeneswouldnotseeanychangeintheirexpression.Thereforethemajorityofthepointsontheyaxis(M)wouldbelocatedat0,sincelog(1)is0.26浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@M=log2(R/G)A=log2√R*G区块间均一化处理27浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@用MIDAS处理单张双色芯片的基本流程芯片数据的读入；低质量数据的过滤；标准化（包括区块间的均一化）；结果文件的输出。28浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@MIDAS程序界面29浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@Step1：芯片数据的读入30浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@Step2：低质量数据的过滤31浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@Step3：标准化（包括区块间的均一化）32浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@Step4：结果文件的输出33浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@34浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@MIDAS统计作图（MIDASInvestigation窗口查看）log-ratioshistogram(.his)Boxplot(.box)Intensityplot(.ity)R-I(.prc)Intensityplot(.lty)35浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@课堂练习使用MIDAS处理testdata.mev，并查看结果文件；MIDAS程序位置：C:\zcni\shiyan3\MIDAS2_19，双击Midas.bat打开程序；输入文件testdata.mev由ExpressConverter产生，在C:\ProgramFiles\ExpressConverter\Samples\。36浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@芯片数据聚类分析和差异表达基因筛选基因表达研究中通常假设表达水平相似的基因可能参与相同或相似的生物学过程，因而它们具有相似的基因表达谱。例：在临床或诊断学等领域中，为研究某些疾病的发生机制，通常对正常组织和肿瘤组织细胞间的基因表达情况作比较分析，从中筛选出具有显著差异的表达基因。37浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@38浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@MeV4.3支持的文件格式MIDASMEV,TAV格式表格格式GEO格式Affymetrix格式GPR格式Agilent格式39浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@MeV4.3程序主界面常用工具栏导航栏结果界面40浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@芯片数据聚类分析和差异表达基因筛选1表格格式数据的读入与转化2系统聚类法对基因和样本聚类3使用SAM（significanceanalysisformicroarrays）查找差异表达基因41浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@1表格格式数据的读入与转化①1选择“File→LoadData”弹出导入数据对话框42浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@②③④43浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@⑤⑥44浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@数据起始位置45浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@不同颜色表示相对表达量样本名基因名Heatmap

View46浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@2系统聚类法对基因和样本聚类①②47浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@聚类分析结果图：48浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@存储和注释感兴趣的分类：①单击鼠标左键选中目标分类使其高亮化；②右键选择菜单中的StoreCluster，并设置注释的名称和颜色等信息。49浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@50浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@3使用SAM查找差异表达基因①51浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@不同实验类型样本分组②③④52浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@⑤53浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@SAM结果：ExpressionImages54浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@SAM结果：CentroidGraphs55浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@SAM结果：ExpressionGraphs56浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@SAM结果：TableViews57浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@课堂练习使用MeV处理TDMS_format_sample.txt

，并查看结果文件；MEV程序位置：C:\zcni\shiyan3\MeV_4_3，双击TMEV.bat打开程序；输入文件TDMS_format_sample.txt位于：C:\zcni\shiyan3\MeV_4_3\data\。58浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@GenMAPP

一款将芯片数据和代谢途径结合起来的图形化显示工具59浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@WhyPathwayAnalysis?IntuitivetoBiologistsProvideabiologicalcontextforresultsMoreefficientthansearchingdatabasesgene-by-geneIntuitivedatadisplayforsharingdataComputationonPathwayContentAnalyzeover-representationofchangedgenesonpathwaysandontologiesGenerateandcomparepathwaysignaturesbetweenmodels60浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@GenMAPP安装和更新61浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@GenMAPP基本概念MAPP：描述了模式生物的代谢途径图。目前MAPP数据库中包含了人(H.sapiens)、小鼠(M.musculus)、大鼠(R.norvegicus)、酵母(S.cerevisiae)、线虫(C.elegans)、狗(C.familiaris)、鸡(G.gallus)、牛(B.taurus)、果蝇(D.melanogaster)和斑马鱼(D.rerio)等模式生物。

62浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@SupportedSpeciesFruitflyHumanMouseRatWormYeastZebrafishChicken

DogCowMosquitoByrequest:AnyEnsemblspeciesDatabasesbyothergroups:FissionyeastE.coliSoon:Arabidopsis63浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@心肌炎患者数据------脂肪酸降解途径64浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@GenMAPP基本概念Genedatabase：包含了上述物种所含基因的注释及其基因标识号（ID）。对于每个基因，GeneDatabase会建立它在各个geneIDsystem中的对应关系。比如，Trp53基因在MGI（小鼠基因组数据库）中的标识号为MGI:98834，而在UniGene数据库中标识号为Mm.222，在Ensembl数据库中标识号为ENSMUSG00000059552。65浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@IDSystem(Species)SystemCodeAffymetrixProbeSetIDXPDBPdEMBLEmPfamPfEnsemblEnRefSeqQEntrezGeneLRGD(R.norvegicus)RFlyBase(D.melanogaster)FSGD(S.cerevisiae)DGeneOntologyTUniProt/TrEMBLSHUGOHUniGeneUInterProIWormBase(C.elegans)WMGI(M.musculus)MZFIN(D.rerio)ZOMIMOmOtherO66浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@Step1：打开“GenMAPP2”程序。选择菜单“Data→ChooseGeneDatabase”按照实验物种选择合适的基因库。67浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@Step2：从菜单“File→Open”打开相应的MAPP文件。68浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@Step3：从菜单“Data→ChooseExpressionDataset”打开表达量文件（.gex）并选择相应的颜色集。69浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@Step4:点击感兴趣的基因查看注释70浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@如何制作.gex表达量文件？将芯片数据用Excel按一定格式整理71浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@2.将Excel另存为文本文件（txt后缀名或csv后缀名），可在Data菜单“ExpressionDatasets→Newdataset”导入该文本文件。此时，程序会向用户提问文件中的数据是数值型还是文本型，对文本文件要在图示框中选勾，点击“OK”即可，一般ControlAverage、TreatedAverage、FoldChange和p-value为数值型，其他为文本型。

72浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@如何制作颜色集（colorset）？在菜单“Data→ExpressionDatasetManager”界面下从菜单“Colorsets→new”新定义一个颜色集。

73浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@课堂练习在“开始”→“所有程序”处打开GenMAPP2程序；GeneDatabase文件位置：

C:\GenMAPP2Data\GeneDatabases\；MAPP文件位置：C:\GenMAPP2Data\MAPPs\；芯片表达量文件位置：

C:\GenMAPP2Data\ExpressionDatasets\；74浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@芯片数据库介绍75浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@常用的芯片数据库76浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@GEO(GeneExpressionOmnibus)主页检索入口登录提交入口77浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@也可这样检索：

NCBI主页Search“GEODatasets”78浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@以检索人类癌症相关的芯片实验为例，输入“humanANDcancer”：79浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@每条记录包含的信息：Platform: 芯片信息。描述了芯片的特性，如cDNA，寡核苷酸等。Sample:样本信息。描述了单独的待测生物样本是如何从未处理状态到形成最后的提交数据。Series:系列信息。一个系列包括一组相关的样本，以及对整个研究的介绍。80浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@MicroarrayDataFlowImageAnalysisDatabaseAGEDDatabaseOthers…DatabaseMADRawGeneExpressionDataNormalizedDatawithGeneAnnotationInterpretationofAnalysisResults.tiffImageFileGeneAnnotationScannerPrinterNormalization/FilteringExpressionAnalysisDataEntry/Management81浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@GenMAPP流程导入数据设置和应用颜色集数据在代谢途径中图形化显示原始数据的处理和准备选定相应的代谢途径代谢途径全局分析个别基因分析82浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@谢谢！浙江加州国际纳米技术研究院zcni_mdp@83浙江加州国际纳米技术研究院分子诊断平台zcni_mdp@谢谢观看/欢迎下载BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH安全阀基本知识如果压力容器(设备/管线等)压力超过设计压力…1.尽可能避免超压现象堵塞(BLOCKED)火灾(FIRE)热泄放(THERMALRELIEF)如何避免事故的发生?2.使用安全泄压设施爆破片安全阀如何避免事故的发生?01安全阀的作用就是过压保护!一切有过压可能的设施都需要安全阀的保护!这里的压力可以在200KG以上,也可以在1KG以下!设定压力(setpressure)安全阀起跳压力背压(backpressure)安全阀出口压力超压(overpressure)表示安全阀开启后至全开期间入口积聚的压力.几个压力概念弹簧式先导式重力板式先导+重力板典型应用电站锅炉典型应用长输管线典型应用罐区安全阀的主要类型02不同类型安全阀的优缺点结构简单,可靠性高适用范围广价格经济对介质不过分挑剔弹簧式安全阀的优点预漏--由于阀座密封力随介质压力的升高而降低,所以会有预漏现象--在未达到安全阀设定点前,就有少量介质泄出.100%SEATINGFORCE75502505075100%SETPRESSURE弹簧式安全阀的缺点过大的入口压力降会造成阀门的频跳,缩短阀门使用寿命.ChatterDiscGuideDiscHolderNozzle弹簧式安全阀的缺点弹簧式安全阀的缺点=10090807060500102030405010%OVERPRESSURE%BUILT-UPBACKPRESSURE%RATEDCAPACITY普通产品平衡背压能力差.在普通产品基础上加装波纹管,使其平衡背压的能力有所增强.能够使阀芯内件与高温/腐蚀性介质相隔离.平衡波纹管弹簧式安全阀的优点优异的阀座密封性能,阀座密封力随介质操作压力的升高而升高,可使系统在较高运行压力下高效能地工作.ResilientSeatP1P1P2先导式安全阀的优点平衡背压能力优秀有突开型/调节型两种动作特性可远传取压先导式安全阀的优点对介质比较挑剃,不适用于较脏/较粘稠的介质,此类介质会堵塞引压管及导阀内腔.成本较高.先导式安全阀的缺点重力板式产品的优点目前低压储罐呼吸阀/紧急泄放阀的主力产品.结构简单.价格经济.重力板式产品的缺点不可现场调节设定值.阀座密封性差,并有较严重的预漏.受背压影响大.需要很高的超压以达到全开.不适用于深冷/粘稠工况.几个常用规范ASMEsectionI-动力锅炉(FiredVessel)ASMEsectionVIII-非受火容器(UnfiredVessel)API2000-低压安全阀设计(LowpressurePRV)API520-火灾工况计算与选型(FireSizing)API526-阀门尺寸(ValveDimension)API527-阀座密封(SeatTightness)介质状态(气/液/气液双相).气态介质的分子量&Cp/Cv值.液态介质的比重/黏度.安全阀泄放量要求.设定压力.背压.泄放温度安全阀不以连接尺寸作为选型报价依据!如何提供高质量的询价?弹簧安全阀的结构弹簧安全阀起跳曲线弹簧安全阀结构弹簧安全阀结构导压管活塞密封活塞导向不平衡移动副(活塞)导管导阀弹性阀座P1P1P2先导式安全阀结构先导式安全阀的工作原理频跳安全阀的频跳是一种阀门高频反复开启关闭的现象。安全阀频跳时，一般来说密封面只打开其全启高度的几分只一或十几分之一，然后迅速回座并再次起跳。频跳时，阀瓣和喷嘴的密封面不断高频撞击会造成密封面的严重损伤。如果频跳现象进一步加剧还有可能造成阀体内部其他部分甚至系统的损伤。安全阀工作不正常的因素频跳后果1、导向平面由于反复高频磨擦造成表面划伤或局部材料疲劳实效。2、密封面由于高频碰撞造成损伤。3、由于高频振颤造成弹簧实效。4、由频跳所带来的阀门及管道振颤可能会破坏焊接材料和系统上其他设备。5、由于安全阀在频跳时无法达到需要的排放量，系统压力有可能继续升压并超过最大允许工作压力。安全阀工作不正常的因素A、系统压力在通过阀门与系统之间的连接管时压力下降超过3%。