基因芯片与功能基因组

　　"本书主要内容包括基因芯片及功能基因组相关的基本知识、基因芯片的制备和检测技术、基因芯片的检测原理和应用范围、基因芯片相关的生物信息学，其中有关基因芯片应用方面重点介绍了肿瘤基因组学、药物基因组学及临床医学方面的内容。考虑不同读者知识点的差异，本书尽可能地阐明基因芯片的基本概念、原理及如何将基因芯片应用于功能基因组研究中，引用最新的文献和网络资料，反映基因芯片当前的新进展，从实用的角度出发阐述问题。本书适合作为生物芯片的入门教材和科研参考书，帮助读者深入了解基因芯片技术及应用。"

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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
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
第二节 基因组与基因组学8
一、基因组8
（一）真核生物基因组8
（二）人类基因组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
第三节 功能基因组12
一、基因多态性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
第二章 生物芯片概述28
第一节 生物芯片技术简介28
一、基本概念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）蛋白质芯片的应用34
三、组织芯片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
二、微流体驱动与控制技术40
三、微流控芯片中常用检测技术40
（一）光学检测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
（二）量子点编码微球43
（三）纳米条形码编码微球43
（四）悬浮阵列与平面微阵列的比较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
第四节 点样仪及点样过程59
一、接触式点样法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
第四章 基因芯片检测技术77
第一节 基因芯片检测仪77
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
（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
(三)灵敏度与动态检测范围85
（四）像素与分辨率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
二、芯片图像的处理95
（一）样点的识别和位置的确定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
第五章 基因表达谱芯片实验及数据处理102
第一节 基因表达谱芯片的设计102
一、表达谱基因芯片原理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、样本标记108
（一）直接逆转录标记法108
（二）间接标记法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 RDA116
三、SSH技术118
四、SAGE技术120
五、ADGE-microarray124
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
第六章 表达谱芯片误差分析和可靠性评估132
第一节 表达谱芯片实验的重复性评价132
一、杂交动力学行为132
（一）杂交原理132
（二）影响杂交速率和杂交双链稳定性的因素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
（二）生产过程152
（三）成品质控152
三、数据处理与矫正153
参考文献158
第七章 用基因芯片检测基因组DNA160
第一节 样本DNA的制备和标记160
一、样本基因组DNA的制备160
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
第二节 基因拷贝数的检测161
一、将微阵列技术应用于CGH161
二、阵列CGH162
三、cDNA阵列CGH163
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
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、寡核苷酸检测基因多态性的一般流程168
（一）芯片制备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
一、差异甲基化杂交方法174
二、甲基化特异性寡核苷酸芯片方法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
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
一、肿瘤分子遗传学216
（一）原癌基因及癌基因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
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
一、DNA芯片在肿瘤发病的分子机理研究中的应用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
第三节 基因芯片在药物基因组学研究中的应用254
一、药靶的研究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
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
一、分子诊断的应用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
第四节 基因芯片与HLA分型274
一、HLA基因结构274
二、HLA多态性274
三、HLA的生物学功能275
四、HLA 分型的实际应用275
五、芯片和HLA276
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