差异表达基因分析

细胞在增殖,分化及对外界刺激反应过程中,可伴随某些特殊基因的表达,利用这一特性,通过比较细胞在不同状态及不同分化阶段基因表达的差异,可以发现与细胞分化／生长相关的基因,近年来国外学者发展了几种能有效进行差异表达基因分析的技术和方法,包括差异显示PCR,代表性差异分析,抑制性消减杂交及DNA微阵列等。本文主要对目前主要技术方法作一综述。     

基因差异表达分析技术进展

比较了目前几种主要的基因差异表达分析技术并简要地归纳了各种基因差异表达分析方法的特点,重点介绍了经典的基因差异表达分析技术———差异显示技术及其改进与完善,最后根据差异显示技术在高等植物方面已取得的成就乐观地展现了该技术在园艺植物研究上的应用前景.     

抑制差减杂交技术在细菌基因差异表达研究中的应用

同种细菌基因组差异及基因差异表达的鉴定与研究具有重要的分子生物学意义。某一菌株所具有的而另一菌株所缺乏的基因可能决定菌株重要的遗传特征。抑制差减杂交技术是近年来新建立起来的一种快速鉴别差异表达基因的新方法,本文就该方法的原理及在原核细菌中的应用作一综述。     

弓形虫ZS2和RH株基因差异表达的研究

从RH和ZS2株弓形虫抽提纯化mRNA,经反转录后获得的双链cDNA分别作为driver和tester,采用抑制消减杂交技术(suppression substraction hybridization,SSH)技术扩增ZS2株中差异表达的基因。电泳图谱显示消减的cDNA与未消减的cDNA PCR扩增产物存在明显的差异,说明ZS2和RH株弓形虫转录水平存在着差异。     

基因差异转录表达验证方法研究进展

基因的差异表达与组织、细胞的生物学性状和功能密切相关,随着对组织、器官分化及细胞、生物个体生长发育等的深入研究,大量差异转录基因的验证分析变得越来越重要。为此,该领域基于核酸互补配对和PCR原理建立了Northern blot和荧光定量PCR等一系列基因差异转录分析技术,利用这些方法对不同处理、不同组织器官、不同发育时段的基因差异转录进行了验证分析,为后续的基因功能分析奠定了坚实基础,并且通过检测分析,使基因差异表达分析方法由定性到定量、由繁琐复杂到简单快速、由以大量RNA为前提到对少量RNA样品的检测,甚至建立了单细胞荧光定量PCR方法,基因差异转录验证方法正在向更高效、精准方向发展,并使成本逐步降低。但是,到目前为止,生殖细胞等样品取样较为困难、精子等RNA含量较少样品的基因差异表达验证挑战性还仍然很大。从验证方法发展历程的角度,对基因差异转录验证方法进行了总结,希望为取样难度较大、RNA含量较低样品的基因差异表达分析提供有价值的参考。     

SSH 法结合定量 PCR 技术研究双肌臀猪 肌肉组织的差异表达基因

利用抑制性消减杂交技术 (suppression subtractive hybridization , SSH) 成功地构建了双肌臀与非双肌臀大白猪肌肉组织差异表达的消减 cDNA 文库,获得有效克隆 686 个. 对整个文库测序分析,共获得 587 条有效序列. 利用 BLAST 在线软件与 GenBank、 GenBank EST 和 Tigr Porcine EST 等数据库进行同源序列比较,发现其中有 11 个未知新序列,可能代表“双肌臀”大白猪肌肉组织特异表达的新基因. 对文库中所包含的兰尼啶受体基因 (RYR1)、钙依赖性蛋白激酶 基因 (CAMK2)、人类胰岛素生长因子结合蛋白 -7 基因 (IGFBP7),以及 695号、 882号和480号3个新基因进行了实时荧光定量 PCR 检测,结果显示： RYR1、 CAMK2 及 IGFBP7 基因在双肌臀猪肌肉组织 RNA 池中的表达量,分别为对照的非双肌臀猪肌肉组织 RNA 池中表达量的 1.87、 1.90 和 1.85 倍; 695 号、 882 号和 480 号 3 个新的 ESTs 在双肌臀猪肌肉组织 RNA 池中的表达量为非双肌臀猪肌肉组织 RNA 池中表达量的 1.48、 1.44 和 1.78 倍. 这提示我们,上述基因的上调表达很可能与猪双肌臀性状的发生有密切的关系,可以作为研究该性状的候选基因.     

分离差异表达基因的方法

了解不同细胞或同类细胞在不同发育阶段、不同生理状态下的基因表达状况,可以为研究生命活动过程提供重要信息。以差别筛选,扣除杂交等基本方法为出发点,研究基因表达差异的方法不断完善,先后出现了DDRT-PCR,RDA,SSH,cDNA微阵列(基因芯片)等技术。这里着重对这些方法的优缺点及改进进行了论述和评介,并对技术的发展趋势进行了分析。     

抑制消减杂交技术及其在植物基因表达研究中的应用

抑制消减杂交技术以其低假阳性率、高灵敏度等优点,越来越多地应用于植物不同发育阶段、植物突变体、不同外界因素即非生物因素和生物因素造成植物基因差异表达的研究。文章就此领域的研究进展作介绍。     

差减杂交技术在原核生物基因差异比较中的应用

同种细菌间基因组差异及基因差异表达的鉴定与研究具有重要的分子生物学意义。某一菌株所特有的而另一菌株缺乏(或不相同)的基因可能决定着菌株重要的遗传特征,差减杂交技术是应研究真核生物基因差异表达之需要而发展起来的一种方法,本文就该方法的原理及其目前在原核细胞型微生物中的应用作一综述。     

鉴别差异表达基因的新方法—抑制消减染交法（SSH）

抑制消减杂交法是最近报道的能有效鉴别两个不同细胞群差异表达基因的新方法。该方法是以抑制ＰＣＲ和消减杂交法为基础,在一轮反应中实现ｍＲＮＡ的均等化和消减步骤。本文对ＳＳＨ法的原理,优缺点作了介绍,并与其它检测差异表达基因的方法,如ｍＲＮＡ差别显示江,代表性序列差异分析比较,认为ＳＳＨ方法具有高效快速,高敏感性和假阳性低等优点。     

利用mRNA差异显示技术研究香菇发育相关基因

以香菇子实体不分化突变株和对照菌株L98411为材料,利用mRNA差异显示技术研究二者的基因表达差异,共分离到21条差异片段,其中12个分别与泛素、ATP合成酶、锌指蛋白、GTP结合蛋白、延伸因子g1线粒体前体、过氧化物酶、硫酯酶、类TrpB酶、2,4-二烯酰辅酶A还原酶、糖苷水解酶、热激蛋白、疏水蛋白等已知基因有较高的同源性,这表明香菇子实体分化发育是一个复杂的过程,涉及到胞内转运、转录调控、细胞分化、蛋白合成、各种代谢途径中的酶、抗逆反应等诸多途径的协同调控。     

Normalization and quantification of differential expression in gene expression microarrays

Array-based gene expression studies frequently serve to identify genes that are expressed differently under two or more conditions. The actual analysis of the data, however, may be hampered by a number of technical and statistical problems. Possible remedies on the level of computational analysis lie in appropriate preprocessing steps, proper normalization of the data and application of statistical testing procedures in the derivation of differentially expressed genes. This review summarizes methods that are available for these purposes and provides a brief overview of the available software tools.     

基因差异表达与杂种优势形成机制探讨

对杂种优势这一普遍而重要的生物学现象研究虽有百余年的历史, 但其根本机理尚未阐述清楚。继基因组组成差异及基因效应研究之后, 基因表达差异成为探寻杂种优势分子机理新的切入点。旨在通过揭示杂种中等位基因差异表达、杂种与亲本间基因差异表达的调控机制, 来认识杂种优势形成的分子机理, 从而达到指导育种实践的目的。文章概述了杂种等位基因差异表达现象及其产生机理, 总结了杂种与亲本相比所呈现出的加性、显性和超显性等多种差异基因表达模式, 归纳了表达谱研究筛选出的与杂种优势形成有关的基因, 以及某些关键生化代谢途径对杂种优势形成的贡献。但由于杂种优势机理的复杂性, 基因表达研究并没有得出统一的表达模式, 大多数杂种优势基因也不能被归属为同一类别。尽管如此, 基因表达谱研究毕竟迈出了解析杂种优势形成复杂基因表达网络的第一步, 随着表达谱技术和生物信息学的不断更新和发展, 杂种优势形成的分子机理有望在基因表达层面上取得突破。     

基因表达差异显示分析技术在创伤研究中的应用

基因是细胞增殖,分化,成熟等各项生命活动的调控中心,也是许多痢疾发生,发展和转归的决定性因素。基因表达的变化必然导致细胞,组织,器官乃至整个机体的各种异常。包括创伤在内的各种内外刺激,都可不同程度地引起基因表达的变化,最终妨碍机体健康。随着生物信息学的逐渐兴起和分子生物学的不断发展并向其他学科的逐渐渗透,业已建立起一系列研究基因表达变化的切实可行的技术手段（即“基因表达差异分析技术”,如DNA微阵列）,对捕获基因表达的种种变化具有重要价值。这些技术已经在肿瘤及其他疾病的研究中得到广泛应用,近几年也逐渐进入创伤研究领域,在一定程度上推动了创伤研究的发展。     

基因表达系列分析技术在动物科学中的研究进展

基因表达系列分析（serialanalysisofgeneexpression,SAGE）是一种快速分析特定组织或细胞内基因表达信息的技术,不但可以比较不同组织细胞在不同时间、空间条件下基因表达的差异,还能发现新基因。近几年来,SAGE技术在动物基因表达研究中的应用取得了飞速发展。就SAGE技术的原理、实验路线、优缺点和改进以及SAGE在动物科学研究中的研究现状及应用前景作一简要介绍。     

Differential Gene Expression Analysis by DNA Microarray Technology and Its Application in Molecular Oncology

Accumulation of genetic and epigenetic aberrations leads to malignant transformation of normal cells. Functional studies of cancer using genomic and proteomic tools aim to reveal the true complexity of the processes leading to cancer development in humans. Until recently, diagnosis and prognosis of cancer was based on conventional pathologic criteria and epidemiological evidence. Certain tumors were divided only into relatively broad histological and morphological subcategories. Rapidly developing methods of differential gene expression analysis promote the search for clinically relevant genes changing their expression levels during malignant transformation. DNA microarrays offer a unique possibility to rapidly assess the global expression picture of thousands genes in any given time point and compare the results of detailed combinatory analysis of global expression profiles for normal and malignant cells at various functional stages or separate experimental conditions. Acquisition of such genetic portraits allows searching for regularity and difference in expression patterns of certain genes, understanding their function and pathological importance, and ultimately developing the molecular nosology of cancer. This review describes the basis of DNA microarray technology and methodology, and focuses on their application in molecular classification of tumors, drug sensitivity and resistance studies, and identification of biological markers of cancer.     

Global analysis of gene expression by differential display

Differential display (DD) is one of the most commonly used approaches for identifying differentially expressed genes. However, there has been lack of an accurate guidance on how many DD polymerase chain reaction (PCR) primer combinations are needed to display most of the genes expressed in a eukaryotic cell. This study critically evaluated the gene coverage by DD as a function of the number of arbitrary primers, the number of 3′ bases of an arbitrary primer required to completely match an mRNA target sequence, the additional 5′ base match(s) of arbitrary primers in first-strand cDNA recognition, and the length of mRNA tails being analyzed. The resulting new DD mathematical model predicts that 80 to 160 arbitrary 13mers, when used in combinations with 3 one-base anchored oligo-dT primers, would allow any given mRNA within a eukaryotic cell to be detected with a 74% to 93% probability, respectively. The prediction was supported by both computer simulation of the DD process and experimental data from a comprehensive fluorescent DD screening for target genes of tumor-suppressor p53. Thus, this work provides a theoretical foundation upon which global analysis of gene expression by DD can be pursued.     

Analysis of differential gene expression in the central nervous system of Schistocerca gregaria by differential display PCR

Within the optic lobes, the mushroom bodies or other parts of the insect brain, information is processed in an area-specific manner. To study the molecular basis of the abilities of the respective areas, the central nervous system of the desert locust Schistocerca gregaria was dissected into different parts, the optic lobes, the “midbrain”, and the thoracic ganglia. Using a simple electrophoretic approach we were able to show area-specific expression of proteins exclusively present in the optic lobes. To study brain area-specific gene expression in more detail, we adapted the differential display polymerase chain reaction to the specific needs of this project. A number of differentially expressed amplicons were identified. The majority of them could be reamplified and their differential expression verified by northern blot analysis. To demonstrate the efficiency of the approach two amplicons with complementary expression patterns were further analysed. Accepted: 31 August 1997