微阵列基因表达数据分析

Analysis of Microarray Gene Expression Data

作者：Elina Kim

出版：Intelliz Press

索书号：Q786/A532k/2021/Y

ISBN: 978-1-68251-780-2

藏书地点：武大外教中心

微阵列（DNA Microarray）也叫寡核苷酸阵列（Oligonucleotide array），是一种将1000个核酸结合在表面，通过杂交和随后检测杂交事件来测量混合物中核酸序列的相对浓度的技术。微阵列是人类基因组计划的逐步实施和分子生物学的迅猛发展及运用的产物，它是生物学家受到计算机芯片制造和广为应用的启迪，融微电子学、生命科学、计算机科学和光电化学为一体，在原来核酸杂交（Northern、Southern）的基础上发展起来的一项新技术，它是第三次革命（基因组革命）中的主要技术之一，是生物芯片中的一种。该技术的原理是在固体表面上集成已知序列的基因探针，被测生物细胞或组织中大量标记的核酸序列与上述探针阵列进行杂交，通过检测相应位置杂交探针，实现基因信息的快速检测。

最近，RNA-Seq已经成为基因表达的一种替代方法。RNA-seq即转录组测序技术，就是用高通量测序技术进行测序分析，反映出mRNA，small RNA，noncoding RNA等或者其中一些的表达水平。在过去的十年中，RNA-Seq技术迅速发展，并成为了在转录组水平上分析差异基因表达/mRNA可变剪切的不可缺少的工具。随着下一代测序技术的发展，RNA-Seq技术应用范围变得更加广泛：一是在RNA生物学领域，RNA-Seq可以应用于单细胞基因表达/蛋白质表达/RNA结构的分析；二是空间转录组的概念也逐渐兴起。长读长/直接RNA-Seq技术以及更好的数据分析计算工具有助于生物学家们利用RNA-seq加深对RNA生物学的理解——例如转录何时何地开始；体内折叠和分子间作用如何影响RNA功能等问题。

RNA-Seq和微阵列的主要区别在于前者可以对整个转录组进行全序列测序，而后者只能通过杂交分析预定义的转录本/基因。这意味着RNA-Seq可以帮助识别更多不同的毒理学相关转录本、剪接变异和非编码转录本，这些额外的数据可能为毒性预测、机制研究或生物标志物发现提供信息。

DNA微阵列技术最突出的特点就是可一次性检测多种样品，获得多种基因的差别表达图谱，已成功地运用cDNA微阵列同时检测l万多个基因的表达。因此，DNA微阵列是对不同材料中的多个基因表达模式进行平行对比分析的一种高产出的、新的基因分析方法。与传统研究基因差异表达的方法相比，它具有微型化、快速、准确、灵敏度高，以及在同一芯片上同时大信息量平行检测的优势。DNA微阵列技术在基因表达图谱的绘制、寻找目的基因和功能基因等研究方面已取得了显著的成绩。但其不足之处在于所点样的序列并不都是试验需要检测的，且试验所需要的分析仪器比较复杂。另外，DNA微阵列技术在分析低丰度转录体方面比较有限，要确保某种低丰度转录体包含于DNA微阵列上，需挑选非常大量的克隆进行扩增点样.

DNA微阵列技术的主要流程：

①芯片的制备：DNA芯片的制备方法有光引导原位合成法、化学喷射法、接触式点涂法、原位DNA控制合成、非接触微机械印刷法TOPSPOT和软光刻复制等。已能将40万种不同的DNA分子放在1 cm2的芯片上。

②样品的制备：包括样品DNA或RNA的分离提纯和用PCR技术对靶基因片段扩增以及对靶基因标记。

③杂交反应：选择合适的反应条件使生物分子间的反应处于最适反应条件。芯片杂交属固-液相杂交，影响杂交的有诸多因素，其中包括：靶标浓度、探针浓度、杂交双方的序列组成、盐浓度、温度及洗涤条件。

④芯片信号的检测与分析：样品中靶基因与固定在芯片上的探针发生特异性杂交而结合在芯片上的不同点，荧光素分子受特定波长的激发光照射出特定波长的荧光。通过特定的扫描仪获取杂交后的信号，用于芯片扫描的芯片扫描仪有：激光共聚焦扫描芯片和CCD芯片扫描仪，得到的数据用一个专门处理系统来对其进行处理，包括芯片数据的统计分析和生物学分析、芯片数据库积累和管理、芯片表达基因的国际互联网上检索和表达基因数据库分析等。

《微阵列基因表达数据分析》一书于2021年由Intelliz Press出版，作者是Elina Kim。本书涵盖了设计微阵列实验和分析产生的数据的各个方面，包括从非商业来源获得的一些工具的信息。本书共分为9个章节，每个章节通过列举出具体实验例证，利用微阵列分析方法或RNA-seq分析方法，对实验结果进行解释阐述，介绍了两者分析方法的基础概念、原理及分析方法，也比较了二者的不同之处，将现代生物学高通量测序的前沿知识和技术方法呈现地系统详尽。

基因组测序、高通量药物筛选和DNA阵列等大规模数据获取技术正在给生物学和医学带来革命性的变化。DNA微阵列这项技术发展历史不长，仍属于一个较新的概念，读者了解DNA微阵列的技术基础中后，更可能会好奇这种新技术的起源和背景。因此，《微阵列基因表达数据分析》一书通过对多个基因组中DNA序列的介绍，提供了所需的原始信息，以确保可以做出完全代表基因组中的基因、基因组中的所有序列或基因组中很大一部分序列变异的阵列。

总的来说，《微阵列基因表达数据分析》一书的贡献是为读者提供了分析微阵列数据的各种主题的综合介绍，提出了一种处理RNA-seq数据的新方法，该方法产生的基因表达估计更类似于来自微阵列数据的相应估计，因此大大提高了跨平台的可比性。此外，本书逻辑清晰，排版合理，介绍详略得当，应用性强。因此，对于从事生物信息学工作或者想了解基因表达测序分析的研究生、科研人员来说，值得一读。

本书目录：

贡献者名单

前言

第一章 卵巢癌基因表达分析-缺陷及基因芯片研究提示

摘要

介绍

材料和方法

结果讨论结论

致谢

参考文献

第二章 10086微阵列基因表达数据分析揭示乳腺癌固有亚型的基因

摘要

介绍

基因表达

微阵列数据集处理

样本亚群差异表达基因的鉴定

使用亚型特异性基因的共识层次聚类

乳腺癌亚型的生存分析

使用功能特异性基因和生存分析的共识层次聚类

结论和观点

致谢

参考文献

第三章 生物钟基因表达和药物/毒物相互作用作为时间药理学和时间毒理学的新靶点

摘要

介绍

昼夜节律影响phase l, phase Ii和转运者在肝脏中的基因表达

昼夜节律中断影响肝脏中外源性药物的治疗效果和毒性

药物/毒物可影响中枢和外周生物钟基因表达

药物影响生物钟基因表达是时间药理学的新靶点

毒物影响生物钟基因表达作为时间毒理学的新靶点

总结和观点

致谢

参考文献

第四章 人B细胞活化过程中的基因表达

摘要

介绍

生发中心和免疫球蛋白CSR

人类B细胞中CSR的基因调控

人类B细胞CSR的未来研究

参考文献

第五章 微阵列基因表达数据集再分析揭示了流感感染和疫苗接种的可变性

摘要

介绍

方法

结果

讨论

利益冲突

脚注

补充材料

参考文献

第六章 RNA-Seq与微阵列基因表达平台对大鼠短期毒性肝脏毒性基因组学评估的比较

摘要

介绍

材料和方法

结果

讨论

结论

利益冲突陈述

致谢

参考文献

第七章 微阵列研究识别帕金森病中代表性基因表达变化的一致性分析：33项人类和动物研究的比较

摘要

背景

结果

讨论

结论

方法

致谢

文献

第八章 RNA-Seq数据的探针区域表达估计改进微阵列的可比性

摘要

介绍

材料和方法

结果

讨论

支持信息

致谢

参考文献

第九章 微阵列基因表达分析评价血液系统恶性肿瘤免疫治疗相关靶细胞类型特异性表达

摘要

介绍

材料和方法

结果

讨论

支持信息

参考文献

致谢

资助声明

数据可用性

参考文献

引用

索引

邹娟 武大生科院 博士研究生