基因芯片筛选差异表达基因方法比较

摘要: 使用计算机模拟数据和真实的芯片数据, 对8种筛选差异表达基因的方法进行了比较分析, 旨在比较不同方法对基因芯片数据的筛选效果。模拟数据分析表明, 所使用的8种方法对均匀分布的差异表达基因有很好的识别、检出作用。算法方面, SAM和Wilcoxon秩和检验方法较好; 数据分布方面, 正态分布的识别效果较好, 卡方分布和指数分布的识别效果较差。杨树cDNA芯片分析表明, SAM、Samroc和回归模型方法相近, 而Wilcoxon秩和检验方法与它们有较大差异。     

施芝麻饼肥对烟草叶片基因差异表达的影响

施用芝麻饼可提高烟叶油份和质量,但对其机理了解很少.为了解施用芝麻饼肥条件下烟草基因表达的影响,采用拟南芥基因芯片检测了施用芝麻饼肥后的烟草叶片的基因谱.在22810个基因微矩阵点中,有效差异表达的基因有54个,上调32个,下调22个.其中包括一些与烟叶质量形成关系密切的基因,如与促进脂类分解的类黄酮合成有关的4-二氢黄酮醇还原酶基因表达上调,与糖类物质合成有关的糖基转移酶基因表达下调,与根毛形成代谢有关的CslD3基因表达上调,推动各种离子和小分子代谢产物进行跨膜运输的ATPase subunit 6基因表达上调,促进氨基酸合成的γ - 谷氨酰转肽酶基因上调,还检测到与光合系统有关的基因如psaK、PsbI以及多个参与复制、转录和翻译过程基因的差异表达,如SWIM锌指家族蛋白、H4组蛋白、mTERF-related等 .此外检测到19个未知基因,它们的差异表达可能和施用饼肥有关.通过分析这些特异表达基因,了解芝麻饼肥促进烟草生长及品质形成的有关机理,揭示出一些潜在的生物学规律,为研究烟草栽培生理提供有价值的信息.     

基因芯片筛选新疆维吾尔妇女宫颈癌差异表达基因

新疆南部维吾尔族聚居区是宫颈癌高发区. 本文旨在利用基因芯片技术筛选与维吾尔族妇女宫颈癌发生相关的基因. 首先,分别提取5例新疆维吾尔妇女宫颈癌和5例子宫肌瘤组织(对照)的mRNA,逆转录成cDNA,并用Cy3-dUTP标记子宫肌瘤组织的cDNA,用Cy5 dUTP标记宫颈癌组织的cDNA,制成芯片杂交探针.为筛选出宫颈癌组织中差异表达的基因,上述标记探针分别与含有20 000条人类基因的Affymetrix基因芯片进行杂交,杂交信号用GeneChip Scanner 3000扫描仪扫描,并用芯片图像分析软件(SAM software)分析扫描结果.筛选出的差异表达基因经GO(Gene Ontology)分析和KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）信号通路分析,确定其在宫颈癌中的作用.基因芯片筛选结果显示,在宫颈癌组织中发现2 758个差异表达基因,其中1 326个上调基因,1 432个下调基因.GO分析和KEGG信号通路分析表明,表达差异在两倍以上的基因涉及168个信号通路,包括细胞粘附分子、细胞周期以及MAPK和mTOR信号通路等.上述结果表明,基因芯片技术筛选出大量与宫颈癌发生相关的基因,其中表达差异显著的基因涉及细胞粘附分子、细胞周期和mTOR等信号通路.     

表达序列标签及基因芯片技术在植物抗性基因研究中的应用

表达序列标签和基因芯片技术是基因组学研究的重要手段。表达序列标签是cDNA的3’或5’端的一段序列,通过表达序列标签可以寻找在某种胁迫条件下特异表达的基因并推测其可能的功能。基因芯片技术是指将大量基因探针分子固定于载体上并与标记的样品分子进行杂交,通过检测每个探针分子的杂交信号强度获取样品分子数量和序列信息,通过基因芯片技术,可以研究基因在不同的条件下的表达量,进而研究植物抗性机理。     

表达谱基因芯片

表达谱基因芯片具有高通量、缩微、多参数、平行化等优点.在功能基因组学研究中正发挥越来越重要的作用.就其原理、应用、存在问题及解决策略等进行了综述.     

表达谱基因芯片的可靠性验证分析

cDNA芯片是一项新兴的能评估检测全范围mRNA表达水平变化的技术。通过同种组织RNA自身比较实验及不同组织RNA的差异分析实验对cDNA芯片实验的重复性进行检验,利用相关系数(correlation coefficient,R)、变异系数(coefficient of variation,CV)和假阳性率(false positiver ate,FPR)分析eDNA芯片数据的可靠程度,对cDNA芯片实验数据作了整体的评估。结果证实,该芯片系统得到的cDNA表达谱数据相关系数一般大于0．9,平均变异系数15％左右,假阳性率控制在3％以内。还提出一致率(consistence rate,CR)的概念,作为衡量cDNA芯片系统重复性的新参数,同时阐述了该参数优于目前常用的相关系数及变异系数的特点。另外,通过比较芯片制备中点样浓度、mRNA和总RNA以及不同批次芯片和不同标记过程对实验的影响,来分析芯片数据的系统误差来源。并提出重复两次实验,可以克服绝大部分实验系统引入的假阳性。     

鸡胚公母性腺差异表达基因的基因芯片杂交筛选

采用Affymetrix公司鸡基因组芯片对9日龄鸡胚公母性腺总RNA进行了芯片杂交, 并对基因表达谱进行了分析。统计结果显示, 9日龄母鸡性腺表达基因数19 368个, 公鸡性腺表达基因数19 493个; 公母性腺绝对差异表达基因,即公鸡性腺表达而母鸡性腺不表达基因145个, 母鸡性腺表达而公鸡性腺不表达基因189个。绝对差异表达基因功能分类结果显示, 参与细胞组成、细胞加工和分子结合基因占多数, 部分基因参与细胞器组成、代谢加工、生物学调控以及催化反应和细胞信号转导等。值得注意的是, 本研究发现了一些已经报道同性别决定和分化有一定关联的基因, 如ASW、CHD1和SOX9等, 同时也发现了一些未知其同性腺分化和发育有关联的基因和编码假想蛋白的表达序列。进一步分析这些基因和表达序列的生物学功能和表达模式, 将对鸟类性别决定和分化机制的了解提供有益参考。     

基因芯片技术在植物研究中的应用

简述了基因芯片的原理、特点、分类及制作方法,同时详细综述了基因芯片技术在植物研究中的应用。     

cDNA-AFLP和cDNA-SRAP技术在植物基因差异表达上的应用及其分析比较

对cDNA-AFLP和cDNA-SRAP技术在植物上的应用研究进行了介绍,指出cDNA-AFLP和cDNA-SRAP技术已逐渐成为基因表达研究的重要工具,是构建转录图谱、定位目标性状位点、研究差异基因表达等研究的主要手段,具有广泛广阔的应用前景.但是cDNA-AFLP和cDNA-SRAP技术均具有一定的缺限,主要表现在获得的差异片段还不够全面丰富.cDNA-AFLP可以扩增到扩增较多的带,但试验程序比较繁琐、昂贵而且耗时较长、操作较困难;而cDNA-SRAP相对比较简便、便宜而耗时较短,较易操作.因而将cDNA-AFLP与cDNA-SRAP技术结合起来,可望得到更全面丰富的差异片段,从而在植物基因差异表达、新基因发现、抗逆性分子机理研究等方面发挥更大的作用.     

基因芯片技术及其在植物上的应用

基因芯片技术（gene chip technology)是采用光导原位合成或缩微印刷等方法,将大量特定的DNA探针片段有序地固定于固相载体的表面,形成DNA微阵列,然后与待测的标记样品靶DNA或RNA分子杂交,对杂交信号进行扫描及计算机检测分析,从而获取所需的生物信息。该技术在植物研究中广泛应用于寻找特异性相关基因和新基因,基因表达分析,基因突变和多态性检测,DNA测序等。     

植物低温诱导蛋白和低温诱导基因的表达调控

对于温带作物而言,耐冷是一种重要的农艺性状,它对作物的安全越冬和生存起决定作用。阐明冷驯化的形成机理无疑对提高作物的耐冻性使之免遭冰冻伤害具重要意义。自从1906年Wiegand提出研究冻害机制的重要性以来,已经发表了数以千计的文章来探讨低温胁迫对植物形态结构和生理     

赤眼鳟Mx基因全长cDNA克隆及其经GCRV攻毒后的组织表达分析

为研究赤眼鳟(Squaliobarbus curriculus)Mx蛋白(Myxovirus resistance protein)的功能, 采用简并PCR和SMART RACE方法从赤眼鳟脾脏中克隆得到Mx基因全长cDNA, 并通过生物信息学方法分析其同源性, 再利用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)检测其在脾、肝、肠、肾等9个组织中的表达, 以及感染草鱼呼肠孤病毒(Reovirus of Grass carp) GCRV-104后不同时间点赤眼鳟Mx的时空表达规律。结果表明: 赤眼鳟Mx基因cDNA序列(ScMx)全长2325 bp, 包含5'-UTR 40 bp, 3'-UTR 371 bp和ORF 1884 bp, 共编码627个氨基酸, 其编码的Mx蛋白分子量约为70.9 kD, 理论等电点 pI 为 8.25, 具有脊椎动物Mx蛋白共有的结构特征; 赤眼鳟Mx与鲫鱼Mx3同源性最高; Mx在赤眼鳟脾、肝、肠、肾等9个组织中均有表达, 其中肝脏中的相对表达量最高, 脾脏次之, 肠组织中的表达量最低; 经GCRV-104病毒感染刺激后, ScMx在肝和脾组织中的表达量显著上调, 均在48h到达峰值, 分别为对照组的10倍(肝)和5倍(脾), 且在这两个组织中的表达模式相似, 均表现为先升高后下降的波动型变化趋势。研究表明ScMx参与了赤眼鳟抗GCRV-104病毒的免疫反应。       

PHYTOPLANKTON COMMUNITY COMPOSITION AND GENE EXPRESSION OF FUNCTIONAL GENES INVOLVED IN CARBON AND NITROGEN ASSIMILATION1

A functional gene microarray was developed and used to investigate phytoplankton community composition and gene expression in the English Channel. Genes encoding the CO₂‐fixation enzyme RUBISCO (rbcL) and the nitrate assimilation enzyme nitrate reductase (NR) representing several major groups of phytoplankton were included as oligonucleotide probes on the “phytoarray.” Five major groups of eukaryotic phytoplankton that possess the Type 1D rbcL gene were detected, both in terms of presence (DNA) and activity (rbcL gene expression). Changes in relative signal intensity among the Type 1D rbcL probes indicated a shift from diatom dominance in the spring bloom to dominance by haptophytes and flagellates later in the summer. Because of the limitations of a smaller database, NR probes detected fewer groups, but due to the greater diversity among known NR sequences, NR probes provided higher phylogenetic resolution than did rbcL probes and identified two uncultivated diatom phylotypes as the most abundant (DNA) and active (NR gene expression) in field samples. Unidentified chlorophytes and the diatom Phaeodactylum tricornutum Bohlin were detected at both the DNA and cDNA (gene expression) levels. The reproducibility of the array was evaluated in several ways, and future directions for further improvement of probe development and sensitivity are outlined. The phytoarray provides a relatively high‐resolution, high‐throughput approach to assessing phytoplankton community composition in marine environments.     

mel基因在酿酒酵母菌中的克隆和表达*

构建了含mel基因的重组质粒pAJM,并转化到酿酒酵母菌中,获得了在平板上产生黑色表型的转化重组子,为酵母菌的遗传操作提供了一种新的选择标记。由于mel基因经酪氨酸产生的黑色素无毒、无害,安全稳定,无需另外加显色化合物或使用特殊的仪器设备,直接在平板上观察结果。因此,是一种便捷、价廉、无污染的新型报告基因。此外,实验中还发现含mel基因的酵母菌生长迅速,这不仅作为报告基因更能显示其优势,而且也为进一步研究其在酵母菌中的功能提出了新的内容。     

大白菜BcPLH基因的原核表达及其蛋白产物的Western分析

BcpLH基因是大白菜包叶组织特异的新基因,含有双链RNA结合域。在含有His标记序列的原核表达载体pET28-a(+)上插入Bc-pLH基因的cDNA,在大肠杆菌BL21(DE3)中诱导表达出了特异性蛋白,并免疫大白兔制备出高效价的抗血清;同时,将BcpLH基因插入到含有超级助溶剂的pMAL-c2载体上,并在大肠杆菌DH5α中诱导表达,结果获得了可溶的蛋白。Western斑点印迹分析的结果证明了BcpLH的特异性。BcpLH活性蛋白及其抗血清的产生为研究BcpLH基因的RNA结合     

ARTIFICIAL SYNTHESIS OF SWINE HEPCIDIN GENE AND EXPRESSION IN Pichia pastoris

In order to express swine hepcidin gene in Pichia pastoris, a DNA fragment coding hepcidin gene was synthesized with adaptation to yeast codon usage of highly expressed genes. A Kex2 signal cleavage site was fused in the 5′ end of the DNA fragment for getting a peptide with the same N-end as native hepcidin. The 96-bp DNA fragment was ligated into the expression plasmid of pGAPZaA to construct pGAPZaA-hepcidin vector, which was transferred into P. pastoris (X33) to express hepcidin gene for extracellular secretion of protein at 86 µg/mL. A band of 2.76 kD molecular mass was detected by Tricine sodium dodecyl sulfate (SDS) polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) analysis. Through antibacterial assay, the expressed hepcidin displayed obvious antibacterial activity. The minimal inhibitory concentration (MIC) was 5.38 and 2.69 µg/mL for Staphylococcus aureus and Bacillus subtilis prolification inhibitions, respectively.     

温度刺激对斑马鱼仔鱼基因转录表达的影响

许多优良鱼类养殖品种不耐低温或高温的特点给水产养殖业带来诸多限制和困难,这些鱼类在胚胎和仔鱼等早期阶段的抗寒和抗热能力比成体更差,育苗过程中很容易受到温度突然变化的影响。虽然目前利用基因芯片技术已研究了温度刺激对几种鱼类成体组织中基因表达的影响,但温度刺激对仔鱼基因转录表达的影响还未见报道。研究以斑马鱼受精后96h的出膜仔鱼为实验材料,分别在低温(16℃)和高温(34℃)条件下处理12h和24h,用基因芯片技术检测温度刺激对其基因表达的影响。与培养在28℃的对照相比,低温和高温处理后共有3633个基因发生差异表达,其中低温处理后差异表达基因数目多于高温处理,而且低温抑制基因数目多于诱导表达基因的数目。生物信息学分析结果表明,低温诱导基因主要参与RNA加工和核糖体生物发生等生物学过程,高温诱导基因则主要参与应激反应和未折叠蛋白结合。低温抑制基因主要参与蛋白质水解、视觉感知以及铁离子结合等生物学功能,高温抑制基因参与的生物学功能包括DNA复制、神经系统过程和类固醇激素生物合成等。除了已报道的温度刺激响应基因外,研究鉴定出了大量尚未报道与温度刺激相关的基因,如参与RNA加工的rnmtl1a和pus3基因,以及参与转录调控的twistnb和aebp2基因等。研究结果为进一步揭示鱼类冷或热适应的分子机理和培养耐寒或耐热的养殖新品种提供理论基础。     

CLONING AND EXPRESSION OF SPODOPTERA LITURA UBIQUITIN GENE

Abstract Ubiquitin (UBI) plays a very important role in regulated non-lysosomal ATP dependent protein degradation. In the present work, the coding sequence of Spodoptera litura UBI gene was isolated (GenBank Accession No. AF436066). The length of this ORF is 228bp, encoding a protein with Mr of 8.56 kD and isoelectric point of 6.56. Multiple sequence alignment indicated that S. litura UBI is very similar to the homologous proteins of other eukaryotic species and it has 84% identity with S. litura nucleopolyhedrovirus (SpltMNPV) UBI at amino acid level. RT-PCR analysis showed that S. litura UBI gene is ubiquitously expressed in larva tissues which are susceptible to SpltMNPV infection. By constructing E. coli expression vector, S. litura UBI was highly expressed and the recombinant protein was purified using Ni-NTA resin column, and currently further study on the function of S. litura UBI in SpltMNPV infection is underway.