15、基因表达分析与序列相似性搜索

基因表达分析与序列相似性搜索

1. 基因表达分析

在20世纪70年代中期，分子生物学家开发了分子克隆和DNA测序技术。自动化DNA测序和聚合酶链反应（PCR）的发明，使得对整个人类基因组进行测序成为可能，这也推动了微阵列（有时也称为DNA芯片技术）的发展。

1.1 微阵列技术原理

微阵列是已知序列的DNA分子的有序集合，通常呈矩形，可由数百到数千个集合组成。每个单独的特征会被精确地放置在基底上的特定位置，之后，将来自测试和参考RNA样本的标记cDNA混合并进行共杂交。标记通常使用不同的荧光标记核苷酸（例如，参考样本使用Cy5 - dCTP，测试RNA使用Cy3 - dCTP）。刺激后，可以测量这些基因的表达，传统上通过共聚焦激光扫描来量化阵列上每个元素的测试和参考信号的荧光强度。测试和参考信号的比率通常用于指示基因是否存在差异表达。

微阵列数据处理流程如下：

graph LR
    A[准备样本] --> B[标记cDNA]
    B --> C[共杂交]
    C --> D[激光扫描测量荧光强度]
    D --> E[图像分析]
    E --> F[计算差异表达]

1.2 图像分析与差异表达计算

将图像转换为基因表达数值并非易事，需要识别芯片上的斑点，定义其边界，测量荧光强度，并与背景强度进行比较。通常，“图像分析”由图像分析软件自动完成，但有时需要进行繁琐的手动调整。ScanAlyze（http://rana.stanford.edu/software）是最流行的