基因芯片数据分析

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1、基因芯片数据分析1.基因芯片(Microarray)简介2.图像处理与数据标准化3.基因芯片的数据分析1.基因芯片简介基因芯片(1987):固定有寡核苷酸、DNA或cDNA等的生物芯片。利用这类芯片与标记生物样品进行杂交，可对样品基因表达谱生物信息进行快速定性和定量分析。高通量、点阵以及Northern杂交同时测定细胞内数千个基因的表达情况将mRNA反转录成cDNA与芯片上的探针杂交芯片的体积非常小：微量样品的检测基因表达情况的定量分析生物芯片的基本要点1、芯片方阵的构建：芯片制备是先将玻璃片或硅片进行表

2、面处理，然后使DNA片断或蛋白质分子等生物分子按顺序排列在芯片上的过程。2、样品的制备：生物样品往往是非常复杂的生物分子混合体，除少数特殊样品外，一般不能直接与芯片反应。可将样品进行处理，获取其中的蛋白质或DNA、RNA，并且加以标记，以提高检测的灵敏度。3、生物分子反应：生物分子反应为芯片上的生物分子之间的反应，是芯片检测的关键一步。通过选择合适的反应条件使生物分子间反应处于最佳状态中，减少生物分子之间的错配率。4、信号检测：常用的芯片信号检测方法是将芯片置入芯片扫描仪中，进行信号检测，以获得有关生物学

3、信息。将样品中的DNA/RNA标上荧光标记，则可以定量检验基因的表达水平碱基互补基因芯片的密度：100-1millionDNA探针/1cm2A.按技术手段、探针类型分类1.Shortoligonucleotidearrays(Affymetrix)2.cDNAarrays(Brown/Botstein)3.Longoligoarrays(Agilent)4.Serialanalysisofgeneexpression(SAGE)B.按实验要求分类1.单通道(SingleChannel):一次检验一种状态2

4、.双通道(DualChannel):差异表达基因的筛选基因芯片技术的类型(1).cDNAmicroarrays:将500~5,000bp的cDNA固载到介质上(例如玻璃)。Stanford开发设计，通常为双通道，常用于差异表达基因的筛选。(2).DNAchips:将寡核苷酸探针(20~80-mer)合成到芯片上。Affymetrix开发设计，通常为单通道，一次检验一种状态。两类主流的DNA芯片载玻片cDNAclones(1)cDNAmicroarraysTreatment/controlNormal/tu

5、mortissueBrain/liver…荧光标记的靶基因差异表达基因的筛选(2)DNAchips探针长度：25bp每个基因：22-40个探针PerfectMatch(PM)vs.MisMatch(MM)probesDNAchips的制备：AffymetrixphotolitographyA.选择硅片、玻璃片、瓷片或聚丙烯膜、尼龙膜等支持物B.采用光导化学合成和照相平板印刷技术在硅片等表面合成寡核苷酸探针;或者通过液相化学合成寡核苷酸链探针，或PCR技术扩增基因序列，由阵列复制器，或阵列机及电脑控制的机器

6、人，将不同探针样品定量点样于带正电荷的尼龙膜或硅片等相应位置上C.紫外线交联固定后即得到DNA微阵列或芯片三、基因芯片数据分析1.基因芯片(Microarray)简介2.图像处理与数据标准化3.基因芯片的数据分析2.图像处理与数据标准化单通道基因芯片white(veryhigh)red(high)Yellow(alittlehigh)green(medium)blue(low)black(no)植根区域生长法(SRG)FixedCircle栅格化：确定点的位置图象分割(Segmentation)：将点从背

7、景中分离出来。抽提亮度：各个像素亮度的平均值(mean)或中位数(median)背景校正：局部或全局图像处理对于每个点，可以计算Redintensity=Rfg-Rbgfg=foreground,bg=background,andGreenintensity=Gfg-Gbgandcombinetheminthelog(base2)ratioLog2(Redintensity/Greenintensity)Greenintensity(medium):~1基因表达量的定量1.图像分析2.扫描3.DNA杂交过

8、程(温度、时间、混合均匀程度等)4.探针的标记5.RNA的抽提6.加样7.其他logsignalintensitylogRNAabundance系统误差随机误差Microarray:误差的来源运用哪些基因进行标准化处理芯片上大部分基因(假设芯片上大部分基因在不同条件下表达量相同)不同条件间稳定表达的基因(如持家基因)控制序列(spikedcontrol)合成DNA序列或外源的DNA序列，在不同条件下表达水平相同。beforea