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第一章　基因组与功能基因组 1

第一节　基因及其功能 1

一、基因的定义 1

目录 1

二、基因的转录和转录调控 3

（一）转录起始 3

（二）转录起始的调控 5

（三）RNA的合成与加工 6

（一）真核生物基因组 8

（二）人类基因组 8

第二节　基因组与基因组学 8

一、基因组 8

（三）原核生物基因组 9

二、基因组计划 9

（一）基因组作图 9

（二）基因组DNA大规模测序 11

（三）基因数据库 11

一、基因多态性 12

第三节　功能基因组 12

二、转录组学 13

三、蛋白质组学 14

四、药物基因组学 15

五、疾病基因组学 15

六、基因组医学 16

第四节　传统核酸检测方法 16

一、核酸的光吸收特性检测方法——分光光度法 16

二、核酸的电泳检测法 17

（一）电泳原理 17

（二）电泳的介质和分辨率 17

三、核酸序列检测技术 18

四、核酸的杂交技术 21

（一）核酸杂交的分子基础 21

（二）核酸探针的标记和检测 21

参考文献 27

第一节　生物芯片技术简介 28

一、基本概念 28

第二章　生物芯片概述 28

二、生物芯片技术的产生和发展 29

三、生物芯片的主要种类 30

第二节　被动式生物芯片 31

一、基因芯片 31

二、蛋白质芯片 32

（一）蛋白微阵列的制备 32

（二）蛋白微阵列的使用 33

三、组织芯片 34

（三）蛋白质芯片的应用 34

第三节　微流控芯片 37

一、微流控芯片的制作材料和制作工艺 37

（一）制作材料 37

（二）微结构的制作方法 38

（三）微结构的封接 39

（四）微流控芯片的功能元设计 39

三、微流控芯片中常用检测技术 40

（一）光学检测 40

二、微流体驱动与控制技术 40

（二）电化学检测 41

（三）质谱检测 41

四、应用 41

第四节　微球在生物芯片中的应用 42

一、微球作为基于表面结合分析与检测的平台 42

二、悬浮阵列技术 42

（一）荧光编码微球 42

（四）悬浮阵列与平面微阵列的比较 43

（三）纳米条形码编码微球 43

（二）量子点编码微球 43

三、表面修饰微球的结合动力学与热学动力学研究 44

四、微球应用于微流控芯片 45

五、展望 47

参考文献 47

第三章　基因芯片的制作方法 50

第一节　概述 50

第二节 芯片基片的制作 51

一、常见的基片类型 52

二、探针分子与基片表面的作用方式 52

第三节　探针的制备 57

一、接触式点样法 59

第四节　点样仪及点样过程 59

二、非接触式点样法 63

（一）微螺线阀（microsolenoid valve） 64

（二）压电元件（piezoelectric） 64

（三）非接触式点样的关键技术因素 66

三、点样后处理 69

第五节　原位合成法 69

一、光导原位合成 69

（一）合成原理 69

（二）独特的PM-MM探针设计 71

（三）PM-MM探针设计的优势 71

二、无掩膜原位芯片合成技术 74

参考文献 75

一、基本原理及主要组成部分 77

（一）发光机理——荧光染料与荧光光谱 77

第四章　基因芯片检测技术 77

第一节　基因芯片检测仪 77

（二）芯片的照明——光源 78

（三）光探测器 80

（四）光路系统 82

（五）A/D转换器 83

二、有关检测系统的重要参数及扫描过程 84

（一）信噪比 84

（二）光漂白现象 84

（四）像素与分辨率 85

（三）灵敏度与动态检测范围 85

（五）扫描过程 86

第二节　几种商品化基因芯片扫描仪简介 87

一、激光共聚焦扫描仪 87

二、激光非共聚焦扫描仪 89

三、CCD基因芯片检测仪 90

四、国产扫描仪 91

第三节　芯片图像处理 93

一、芯片图像的性质 94

（一）样点的识别和位置的确定 95

二、芯片图像的处理 95

（二）图像的分割 96

（三）信号的各种参数值的确定 99

（四）芯片和样点质量的评估 99

三、常用的芯片图像处理软件 100

四、结论 100

参考文献 100

一、表达谱基因芯片原理 102

第一节　基因表达谱芯片的设计 102

第五章　基因表达谱芯片实验及数据处理 102

二、基因芯片设计 103

（一）确定研究目标 103

（二）探针的设计 103

（三）芯片控制系统的设计 104

（四）样本的选择和实验设计 105

第二节　实验过程 107

一、样本制备 107

（二）间接标记法 108

（一）直接逆转录标记法 108

二、样本标记 108

（三）RNA的扩增标记法 109

三、芯片杂交 110

第三节　数据处理 110

一、数据显示 110

二、差异表达基因的选择 112

三、缺失数据的处理 114

第四节　其他大规模检测差异表达基因的方法 115

一、差异显示和随机引物聚合酶链反应技术 115

二、cDNA RDA 116

三、SSH技术 118

四、SAGE技术 120

五、ADGE-microarray 124

六、其他一些方法 126

第五节　利用寡核苷酸芯片检测mRNA可变剪接 127

第六节　基因芯片与功能基因组学 128

参考文献 129

（二）影响杂交速率和杂交双链稳定性的因素 132

（一）杂交原理 132

一、杂交动力学行为 132

第一节　表达谱芯片实验的重复性评价 132

第六章　表达谱芯片误差分析和可靠性评估 132

（三）表达谱cDNA芯片动力学 134

二、芯片实验的评估方法 136

（一）生物芯片的重复性 137

（二）结果验证 143

第二节　芯片误差来源分析 144

一、生物学上的差异 144

二、技术上的误差分析 146

（一）基因芯片制备过程 146

（二）样本的检测过程 147

第三节　减少误差的措施 149

一、如何从实验设计开始就减少误差？ 149

二、实验过程的质控——建立商业芯片平台的质量控制 151

（一）制备过程 151

（三）成品质控 152

（二）生产过程 152

三、数据处理与矫正 153

参考文献 158

二、样本基因组DNA的标记 160

（一）非扩增标记法 160

（二）扩增标记法 160

一、样本基因组DNA的制备 160

第一节　样本DNA的制备和标记 160

第七章 用基因芯片检测基因组DNA 160

第二节　基因拷贝数的检测 161

一、将微阵列技术应用于CGH 161

二、阵列CGH 162

三、cDNA阵列CGH 163

四、CGH检测与分析 165

第三节　DNA测序及再测序 166

一、杂交测序 166

二、叠瓦式阵列 166

（一）芯片制备 168

二、寡核苷酸检测基因多态性的一般流程 168

第四节　寡核苷酸芯片直接杂交法 168

一、寡核苷酸芯片检测原理 168

（二）样本制备、标记 169

（三）芯片杂交 169

（四）信号扫描和图像处理 170

三、设计过程中的注意点 170

第五节　基于基因芯片的酶反应方法 172

第六节　DNA的甲基化检测 173

二、甲基化特异性寡核苷酸芯片方法 174

一、差异甲基化杂交方法 174

三、CpG甲基化芯片的应用 175

参考文献 175

第八章　生物信息分析与数据挖掘 179

第一节　聚类分析 179

一、相似距离 179

二、数据的聚类 180

三、常用的聚类分析软件 185

四、聚类的用途 186

五、结论 187

第二节　基因芯片与系统生物学 188

一、系统生物学 188

二、系统生物学和基因芯片 190

三、转录调控网络 190

四、通路的研究 192

五、反向技术 193

第三节　基因芯片数据库 197

一、基因芯片数据库 197

二、MIAME规则 198

三、SMD数据库 201

（一）系统简介 201

（二）主要组成部分 201

（三）使用指南 201

第四节　基因序列生物信息分析 204

一、公共数据库查询 204

二、序列生物信息分析 210

参考文献 214

一、肿瘤分子遗传学 216

（一）原癌基因及癌基因 216

第九章　基因芯片与肿瘤基因组学 216

第一节　肿瘤基因组学 216

（二）抑癌基因 218

二、表观遗传学 219

三、肿瘤的表达调控研究 220

第二节　肿瘤基因组学研究与临床应用 223

一、肿瘤的病理诊断和分子诊断 223

二、肿瘤的分子外科与基因治疗 225

一、DNA芯片在肿瘤发病的分子机理研究中的应用 227

第三节　基因芯片在肿瘤基因组研究和分子诊断中的应用 227

二、基因芯片与其他肿瘤相关的应用研究 229

参考文献 232

第十章　药物基因组学和基因芯片的应用 233

第一节　药物遗传学 233

一、影响药物代谢的遗传多态性 234

二、影响药物转运的遗传多态性 243

三、药靶的遗传多态性 246

第二节　表达药物基因学 251

一、药靶的研究 254

第三节　基因芯片在药物基因组学研究中的应用 254

二、药物作用机理研究 256

三、药物毒副作用研究 257

四、药物筛选 257

五、个性化诊断和用药 258

六、中药现代化研究 260

参考文献 261

一、分子诊断的应用 263

第十一章　基因芯片与临床诊断与检测 263

第一节　分子诊断概述 263

二、分子诊断的常用方法 264

第二节　基因芯片与感染性疾病诊断 267

一、细菌的检测 267

二、病毒基因分型 268

三、耐药性检测 270

第三节　基因芯片与遗传性疾病诊断 272

一、HLA基因结构 274

二、HLA多态性 274

第四节　基因芯片与HLA分型 274

三、HLA的生物学功能 275

四、HLA分型的实际应用 275

五、芯片和HLA 276

第五节　基因芯片与单核苷酸多态性检测 277

一、单核苷酸多态性的应用 277

二、单核苷酸多态性和基因芯片检测技术 278

三、SNP网络资源 279

第六节　展望 279

参考文献 280

第十二章　基因芯片技术的展望 282

第一节　基因芯片制备（和检测）的新技术 282

一、分子的电子定位 283

二、微阵列的喷墨技术点样 283

三、寡核苷酸包被的微珠芯片 284

四、平行信号测序技术 284

五、Gel pad技术 285

六、ChIP-CHIP（chromatin immunoprecipitation on chip） 285

七、微缩芯片实验室 286

第二节　信息分析软件的发展 287

第三节　基因芯片技术的应用趋势 288

一、基因组计划的未来 288

二、疾病诊断 289

参考文献 290

附录1　基因芯片相关的名词解释 292

附录2　cDNA基因芯片常见问题解答 302

一、实验设计 302

二、基因芯片制备 303

三、样本制备 303

四、标记 304

五、杂交 306

六、检测及结果分析 307

附录3　基因芯片技术相关的主要网址 310

一、芯片产品及相关设备、试剂生产厂商和研究单位 310

二、基因芯片技术应用、数据库及分析软件相关网址 313

三、生物信息数据库相关网址 313

四、生物信息分析相关网址 314

五、药物基因组及芯片分析 314

六、SNP网络资源 314