基因芯片技术应用的研究进展

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1、基因芯片技术应用的研究进展［摘要］基因芯片技术是一种高新生物技术，因具有高通量、并行性、微型化与自动化等特点，能够迅速解析特定生物过程中基因表达变化，在生命科学中日益显示出其重要的理论与实际应用价值，在科学研究中发挥重要作用.本文介绍食品微生物检测、植物病虫害检测、染色体核型异常分析和肺结核诊断四个方面的研究进展.［关键词］基因芯片；研究进展基因芯片，又称为DNA芯片、DNA微阵列.基因芯片通过微加工技术，将数以万计、乃至百万计的特定序列的DNA片段（基因探针），有规律地排列固定于硅片、玻片等支持物上，构成一个二维DNA探针阵列，与计算机的电子芯片十

2、分相似，所以被称为基因芯片.美国Affymetrix生物公司于1996年制造出世界上第一块商业化的基因芯片.由此掀起了基因芯片研究热潮，出现了多种类型的基因芯片制作技术.如电压打印法，机械打点法；电定位技术等.基因芯片技术为“后基因组计划”时期基因功能的研究及现代生命科学的发展提供了强有力的工具，作为一个生物技术平台，在生命科学的许多领域得到广泛的应用，如DNA测序、基因筛选、天然免疫分子的检测以及肿瘤标志物的检测等.1基因芯片技术原理基因芯片是一种小型分析装置，能够快速和精确地研究生物体、组织、器官或细胞内基因组的遗传息.制作基因芯片时，可用机械臂

3、将大量已知或未知序列的DNA片段点在玻璃片（通常为2cmx2cm）.金属片或尼龙膜上，再经过物理吸附作用使之固定化.也可以直接在玻璃板或金属表面进行化学合成，从而得到寡核昔酸芯片.将芯片与待研究的cDNA或其他样品杂交，经过计算机扫描和数据处理，便可以观察到成千上万个基因在不同组织或同一组织不同发育时期或不同生理条件下的表达情况.荧光标记的cDNA与芯片上相匹配的DNA序列发生杂交反应，使得芯片上的点呈现出荧光信号，荧光信号的强度和基因表达的丰度成正相关.基因芯片这种微型化装置具有大的容量，使科学家能在一个实验中分析整个基因组的变化，用基因芯片进行研

4、究包括五个步骤：生物学问题的提出、样品制备、生化反应检测和数据模型分析.2基因芯片实验操作程序基因芯片技术主要包括4个基本技术环节：基因芯片的制备、样品的制备、杂交反应、信号检测与分析.2.1基因芯片的制备基因芯片的制备将cDNA或寡核昔酸等按顺序排列在玻璃片或硅片上.芯片的制备除了用微加工工艺外，还有使用机器人，能将海量不同的DNA分子放在面积很小的高密度基因芯片上.2.2样品的制备生物样品一般是复杂的生物分子复合体，多数不能直接和芯片反应，需提取出mRNA或总RNA,用oligo-dT为引物，加入含有荧光标记的dNTP进行高效而且特异性强的扩增，

5、这样可提高检查的准确性和灵敏度.2.3杂交反应杂交反应是芯片检测中最重要的一步，需根据不同的实验目的选择合适的反应条件.将靶基因经过变性后与芯片上的探针进行分子杂交，根据探针类型及芯片用途，优化反应条件，尽量降低生物分子间的错配率，获得最能体现生命本质的信息.芯片分子杂交的特点是探针固化，样品荧光标记，一次能大量的检测生物样品，检测方便，所耗时间短.2.4信号检测与分析信号检测与分析用的最多的是将芯片放入芯片扫描仪中，扫描仪发射激光照射在样品上激发荧光，样品与探针严格杂交的，产生荧光信号高，不完全杂交的，热稳定性低，荧光强度弱，不能杂交的检测只能检测

6、到芯片上的荧光信号.通过采集各个反应位点的荧光位置和强弱，传至计算机相关软件处理分析图像，即可得到大量的生物信息.3基因芯片技术的应用2.1食品微生物检测将各种基因寡核昔酸点样于芯片表面，微生物样品经处理后进行核酸提取和核酸扩增，再用荧光素对其进行标记，然后与芯片上的寡核昔酸点杂交，最后通过扫描仪定量和分析荧光分布模式来确定检测样品是否存在某些特定微生物.基因芯片的基本原理与核酸杂交相似，但它将大量按检测要求设计好的探针固化，仅通过一次杂交便可检测出多种靶基因的相关信息，具有高通量、多参数同步分析，快速全自动分析，高精确度、高精密度和高灵敏度分析的特

7、点，是目前鉴别有害微生物的最有效的手段之一.2.2植物病虫害检测传统ELISA操作繁琐，耗时长，PCR法有一定漏检率，而植物病虫害基因芯片检测灵敏度高、重复性好及能精确地鉴别种或种群的病害.制备检测植物病虫害的基因芯片，需将特征基因片段或各种疾病的基因片段点样，固定于载体上，与需检测的样品杂交后由扫描仪扫描，计算机分析，判断结果.因此芯片一次筛选可获得大量信息来判断不同种属的病原菌，方法传统ELISA传统PCR法基因芯片检测法检测对象蛋白基因基因检测原理抗原■抗体反应基因扩增基因扩增及确定序列检测品种单一检测单一检测同时多项检测结果分析显色反应操作电

8、泳分析不能确定特定序由光纤光谱仪和计算机分析复杂能确定特定序列检测效果有一定的漏检率有一定假阳性和漏准确、灵