分子生物学论文

分子生物学论文 基因芯片及其应用 基因芯片及其应用 徐郁琴 天水师范学院生命科学与技术学院13级生物科学（2）班 摘要：基因芯片技术是伴随人类基因组计划的实施发展起来的一种高通量、快速、平行核酸序列测定及定量分析的技术，其应用十分广泛，本文主要就其在植物研究、医学和微生物检测等方面的应用来介绍基因芯片技术的研究进展及其发展前景。 关键词：基因芯片  应用  发展前景 20 世纪80 年代初，人们根据计算机半导体芯片制作技术将晶体管集成在芯片上，并提出将寡核苷酸分子也集成在芯片上的设想。Bains 等将短的DNA 片段固定在支持物上，通过杂交进行序列分析，做了有益的尝试。从Schena1995 年在《Nature》上首次发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 基因芯片研究的论文以来，基因芯片技术及其应用发生了巨大的变化。美国的Stephen Fodor 等把这一设想变成了现实，他们在硅芯片表面涂布一种光敏材料，采用光蚀刻技术，在光引导下原位合成多肽，受此启发，改进技术后合成DNA 阵列，1996年底，由他们研制的第一块DNA 芯片诞生了[1]。 随着生物科学技术的迅猛发展，基因芯片技术也逐渐成为一种前沿的生物科学技术。经过十几年的发展，基因芯片技术不断完善，应用也越发广泛。不仅在生物科学领域，在医学、农业、微生物检测和其他一些领域基因芯片技术也发挥着其作用。随着科学技术的发展，基因芯片技术日趋成熟，但我们仍旧不能忽视该技术存在的一些问题。下面本文就从基因芯片技术的原理及分类、基因芯片的应用、基因芯片的发展前景三个方面对基因芯片的发展做一概述。 1、基因芯片技术的原理及分类 （1）基因芯片的技术原理 经过标记的待测样本DNA通过与芯片上特定位置的探针杂交，可根据碱基互补配对的原则确定靶DNA序列，经激光共聚集显微镜扫描，以计算机系统对荧光信号进行比较和检测，并迅速得出所需的信息[1]。基因芯片技术比常规方法效率高几十到几千倍，可在一次试验中间平行分析成千上万个基因，它将成千上万的基因片段以显微点阵的方式排列在固体（如硅板、玻璃和尼龙膜等）表面，形成致密、有序的DNA分子点阵，是一种进行DNA序列分析及基因表达信息分析的强有力工具。 （2）基因芯片的分类 基因芯片的分类方法很多，根据不同的分类方法可将基因芯片大致分为以下几类：根据其应用不同可分为测序芯片、表达芯片、杂交芯片；根据其制备方法不同，可将其分为原位合成法和合成后点样法；根据载体上所固定的DNA种类可将基因芯片分为cDNA和寡核苷酸芯片两类。 2、基因芯片的应用 基因芯片技术应用广泛，涉及人类生活的许多方面，以下就其在农业、医学、微生物检测等方面的应用进行论述。 （1）基因芯片技术在农业中的应用 目前基因芯片技术以其高通量的全基因组的检测能力研究整个基因组基因表达水平的变化，成为植物研究的理想技术，已普遍应用于植物的生长发育、抗生物和非生物逆境、病虫害检测、转基因农产品检测、品质和产量形成等研究领域,在农业领域取得了巨大的成就[2]。利用基因芯片技术，可以在分子生物学研究的基础上使研究成果快速、高效的得到转化和利用。对一些具有重大经济价值的农作物来说，运用基因芯片技术可以将其中抗病虫害、产量高、抗倒伏的突变品种筛选出来进行大量繁殖，提高农业产品的经济效益。除用这些突变品种发展高科技含量的农作物之外，还可以用该技术研发对环境无害的生物农药[3]。随着基因芯片技术的快速发展，基因芯片技术在农业中的应用将不仅仅局限在以上几个方面。基因芯片技术在农业中的应用最大的受益者就是人类，通过基因芯片技术对农作物的改良不仅可以提高农作物的产量，解决粮食问题，而且可以让某些农作物具有一些本不具有的功能，使人类获得更大的经济效益。比如让普通的蔬菜具有药用功能，在平常的饮食中就可以对某些疾病进行治疗，再比如用基因芯片技术改造某种花卉原有的形态特征，使其更具观赏价值。这些设想随着科学技术的进步在不久的将来运用基因芯片技术一定可以实现。 （2）基因芯片在医学研究方面的应用 基因芯片可用于基因表达谱研究、基因突变研究、基因组分型及测序和重测序等方面。将大量的功能基因点于芯片上，制成表达谱芯片，用各类组织的样品与之杂交，从中对基因表达的个体特异性、组织特异性、发育阶段特异性、分化特异性、病变特异性和刺激特异性表达进行分析和判断，可以将某些基因与疾病联系起来，极大地加快这些基因功能的确立，同时进一步研究基因与基因间相互作用的关系[4]。基因芯片技术在医学中应用最广泛的领域就是基因诊断，基因诊断技术在基因芯片技术的应用中最具商业价值，从正常人的基因组中分离ＤＮＡ并与ＤＮＡ芯片上的方阵杂交，就可得到标准图谱，从病人基因组中分离出ＤＮＡ并与方阵杂交就可得到病变图谱。比较、分析这两种图谱就能得出病变的ＤＮＡ信息并进行治疗。以往诊断疾病主要依据患者的临床表现和既往史，但这不能区分一些重要的亚型。利用基因芯片的特点，检测病变组织中特征性基因的变化，为疾病的早期诊断和分型开辟了一个新的领域。这种基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为现代化的诊断新技术[5]。基因芯片技术除在基因诊断上的应用，在中医药研究方面也有很广泛的应用。基因芯片技术以其自身的优点被广泛应用于中医药各领域的研究中，它使中医药的发展和研究更加现代化、标准化、客观化，准确化。 （3）基因芯片在微生物检测中的应用 DNA微点阵技术在短短几年内已渗透至与生物学相关的各个学科，微生物学也不例外。在本文中主要对基因芯片技术在微生物检测方面的应用进行论述。 目前， 比较常用的微生物检测技术包括基于培养基生理生化特征的分离培养技术、免疫学检验技术包括荧光抗体检测技术(FAT)、免疫酶技术(EIA与ELISA)等)、分子生物学快速检测技术(~IIPCR)、食源性病原菌的自动化检测技术及生物传感器检测技术等[6]。虽然以上的方法在微生物检测的各个领域发挥了巨大的作用，但随着现代科学技术的发展，人类迫切需要更加高效快速的微生物检测方式，而基因芯片技术恰好可以做到这一点。 短短几年时间DNA微点阵技术就广泛应用于生物科学的各个方面，微生物检测方面也不例外。利用DNA微点阵技术可针对处细胞周期中不同时期的某一微生物进行表达谱分析，通过比较各个基因或DNA区域的mRNA 表达水平，可达到比较它们各自转录活性的目的[7]。DNA芯片技术就其高通量、大规模、快速、准确的特点在微生物及其功能基因的鉴定和检测方面发挥着重要的作用，这是以上传统方法所不能比拟的。 3、基因芯片的发展前景 基因芯片技术起始于上世纪90年代，发展到目前不过短短的十几年时间，但其应用却从最初的基本应用发展到生命科学研究的各个领域，除以上叙述的三方面外，基因芯片技术在基因表达谱分析、药物筛选以及序列分析等方面都已呈现出广阔的应用前景[8]，但作为一项新生的科学技术，基因芯片技术仍旧存在着许多的问题。首先该技术需要大量的已测知的、准确的ＤＮＡ、ｃＤＮＡ片段的信息，充分利用这些信息才能使芯片技术成为大规模、集成化、整体获取生物信息的有效手段，现在尚缺乏公开可得的、经证实准确的基因序列。其次是目前研究芯片技术的费用还比较高昂，尽管芯片或微阵列可以重复多次使用，但每次杂交反应后，其敏感性都要降低。此外，样品制备和标记还比较复杂，各研究机构中仍没有一个统一的质量控制标准，各 实验室 17025实验室iso17025实验室认可实验室检查项目微生物实验室标识重点实验室计划 不能分享数据和资料库等[9]。 虽然基因芯片技术存在诸如以上的众多问题，但我们相信，随着现代科学技术的飞速发展基因芯片技术将获得更加全面的发展，以上问题也将会被克服。我们可以展望，今后基因芯片技术将在人类生活的方方面面发挥其作用，更好的为人类服务。 参考文献 [1]闫 闯 吴学军  基因芯片技术研究进展[J]  科学时代  2014（23） [2]肖 翔 官春云 尹明智  官 梅  基因芯片技术在农业中应用的研究进展[J]  中国农学通报  2014（0411） [3]嵇常宇  基因芯片技术及其应用[J]  黑龙江生态工程职业学院学报  2014（02） [4]于雯  基因芯片技术及其应用  科技探索  2013（396） [5]陈 岩　潘 龙  基因芯片技术研究进展[J]  Journai of  University of  Medicine  2012（32） [6]陈胜军 孔繁德 徐淑菲 彭小莉 黄标敏 基因芯片技术在微生物检测中的应用研究进展[J]  中国畜牧兽医文摘  2013（29） [7]周冬生 杨瑞馥 宋亚军 庞昕 翟俊辉 芯片技术在微生物研究中的应用[J]  军事医学科学院院刊  2002  （0426） [8]熊伟    基因芯片技术在生命科学研究中的应用进展及前景分析[J]  生命科学仪器  2010（8） [9]陈 岩　潘 龙  基因芯片技术研究进展[J]  Journai of  University of  Medicine  2012（32）