【正文】 ?；虮磉_(dá)數(shù)據(jù)是基于 DNA 微陣列技術(shù)而產(chǎn)生的反映基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 mRNA 豐度值的一組數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中蘊含著豐富的基因活動信息，通過對這些數(shù)據(jù)中所隱含的基因活動信息進(jìn)行分析，就可以解答一些生物學(xué)領(lǐng)域的問題。如基因的表達(dá)在不同環(huán)境中有哪些差異，基因的表達(dá)在特定條件下有哪些變化，基因之間有哪些相關(guān)性，以及在不同條件下基因的活動受到哪些影響等等[7]。 原理和方法DNA微陣列基本制作原理為大規(guī)模集成電路所控制的機器人在尼龍膜或硅片固相支持物表面，有規(guī)律地合成成千上萬個代表不同基因的寡核苷酸“探針”，或液相合成探針后由陣列器(arrayer)或機器人點樣于固相支持物表面。這些“探針”可與用放射標(biāo)記物32P或熒光物如熒光素、麗絲胺等標(biāo)記的目的材中的DNA或cDNA互補核酸序列相結(jié)合，通過放射自顯影或激光共聚焦顯微鏡掃描后，對雜交結(jié)果進(jìn)行計算機軟件處理分析，獲得雜交信號的強度及分布模式圖,以此反映目的材料中有關(guān)基因表達(dá)強弱的表達(dá)譜。該技術(shù)仍以基因連鎖、連鎖不平衡、限制性長度多態(tài)性、可變串聯(lián)重復(fù)序列及單核苷酸多態(tài)性標(biāo)記等基因定位方法為基礎(chǔ)，采用分子雜交等多種技術(shù)方法為手段，進(jìn)行遺傳作圖,對不同材料中的多個基因表達(dá)模式進(jìn)行平行對比分析，是一種高產(chǎn)出的、新的基因分析方法。以尼龍膜為固相支持物的DNA微陣列和以硅片為固相支持物的DNA芯片，二者在原理上相同,僅在支持物及檢測手段等方面略有不同。在微陣列里最大的一類 DNA microarray根據(jù)探針分子的構(gòu)成又可以分為cDNA微陣列和寡核苷酸微陣列。（1）cDNA微陣列cDNA微陣列是指對各種生物隨機克隆和隨機測序所得的cDNA片段進(jìn)行歸類，并把每一類cDNA片段的代表克隆(代表一個獨立基因)經(jīng)過體外擴(kuò)增，得到大小和序列不同的片段分別經(jīng)過純化后，利用機械手高速將它們高密度有序地點樣固定在玻片硅晶片或尼龍膜上，從而制備成cDNA微陣列，以此對各基因的表達(dá)情況進(jìn)行同步分析。它的特點是造價低、適用面廣、研制周期短、靈活性高。而缺點是點陣密度相對比較低。同時，cDNA微陣列由于基因長短不一，導(dǎo)致溶解溫度Tm各異，眾多的基因在同一張芯片上雜交，使得雜交條件很難同一，這樣也使得其分辨能力受到限制。（2）寡核苷酸微陣列 寡核苷酸微陣列的主要原理與cDNA微陣列類似，主要是通過堿基互補配對原則進(jìn)行雜交，來檢測對應(yīng)片斷是否存在、存在量的多少。它與cDNA芯片的本質(zhì)差別在于寡核苷酸的探針片斷相對較短(一般是2070nt的寡聚核苷酸序列)。寡聚核苷酸微陣列的探針經(jīng)過優(yōu)化，長度基本一致，并且Tm也相差不大，所以相比較cDNA微陣列它具有以下優(yōu)點：，防止擴(kuò)增失敗影響實驗；，能夠有效的區(qū)分同源序列的基因；，提高了雜交效率；。上述特點使得寡核苷酸微陣列的應(yīng)用日益廣泛。但是當(dāng)寡核苷酸序列較短時，單一的序列不足以代表整個基因，所以又需要用多段序列，從而提高了制作成本。 應(yīng)用（1）表達(dá)差異的研究1995年Schena等用了48個PCR擴(kuò)增的cDNA探針點制的微陣列片分析了野生型和轉(zhuǎn)基因的擬南芥中基因表達(dá)差異，并與Northern blot作了比較。發(fā)現(xiàn)Microarray能夠很好的檢測到基因表達(dá)水平上的差異，并且能夠在同一張玻片上使用不同的熒光染料同步進(jìn)行差異比較。近年來，研究多集中于突變型與野生型、環(huán)境脅迫與正常生長型、激素處理與未處理或者不同組織器官之間的比較。Ma等[8]利用寡核苷酸微陣列研究了玉米3個雄性不育突變體和可育植株花藥4個發(fā)育階段的基因表達(dá)情況，檢測到了近 9200個正反義轉(zhuǎn)錄本。通過比較每個突變體與其可育花藥的基因表達(dá)差異，篩選到了一大批可能與花藥分化相關(guān)的重要轉(zhuǎn)錄因子和調(diào)控因子。Schena等[9]用人外周血淋巴細(xì)胞的cDNA文庫構(gòu)建一個代表1 046個基因的cDNA微陣列，來檢測體外培養(yǎng)的T細(xì)胞對熱休克反應(yīng)后不同基因表達(dá)的差異。發(fā)現(xiàn)有5個基因在處理后存在非常明顯的高表達(dá)，11個基因中度表達(dá)增加和6個基因表達(dá)明顯抑制。（2）尋找可能致病基因或疾病相關(guān)基因Moch等利用腫瘤微陣列芯片 (5184個cDNA片段)發(fā)現(xiàn)了腎細(xì)胞癌的腫瘤標(biāo)志物基因，并與正常細(xì)胞進(jìn)行比較。在532份標(biāo)本中檢測到與胞漿纖維表達(dá)有關(guān)的一類基因陽性率為51%61%，命名為vimentin。追蹤觀察，有Vimentin表達(dá)的患者，預(yù)后極差。Moch等利用腫瘤微陣列芯片 (5184個cDNA片段)發(fā)現(xiàn)了腎細(xì)胞癌的腫瘤標(biāo)志物基因，并與正常細(xì)胞進(jìn)行比較。在532份標(biāo)本中檢測到與胞漿纖維表達(dá)有關(guān)的一類基因陽性率為51%61%，命名為vimentin。（3）基因點突變及多態(tài)性檢測現(xiàn)用于治療AIDS的藥物主要是病毒逆轉(zhuǎn)錄酶RT和蛋白酶PRO的抑制劑，但在用藥3~12月后常出現(xiàn)耐藥，其原因是rt、pro基因產(chǎn)生一個或多個點突變，rt基因四個常見突變位點是Asp67→Asn、Lys70→Arg、Thr215→Phe/Tyr和Lys219→Gln，四個位點均突變較單一位點突變后對藥物的耐受能力成百倍增加[10]。如將這些基因突變部位的全部序列構(gòu)建為DNA芯片，則可快速地檢測待測病人是一個還是多個基因突變，這對指導(dǎo)治療和預(yù)后而具有十分重要的意義。Lee等[11]用含有135 000個探針的DNA微陣列分析了人線粒體基因組DNA多態(tài)性變化。 kb，將之與不同個體來源的基因組DNA雜交，發(fā)現(xiàn)人線粒體基因組存在16 493位T→C突變，16 223位C→T等多位點突變的DNA多態(tài)性特征。 不足和展望 DNA微陣列或芯片幾乎可用于所有核酸雜交技術(shù)的各個方面,而在同時比較各組織或同一組織在不同狀態(tài)下上成千上萬個基因的表達(dá)狀況、DNA序列分析等方面具有更大的優(yōu)越性[12]. 有人譽贊“微陣列技術(shù)鋪平了通往21世紀(jì)的醫(yī)學(xué)之路”[13]，相信在不久的將來, DNA芯片或微陣列技術(shù)將會廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)及臨床醫(yī)學(xué)各個方面,而發(fā)揮出巨大的經(jīng)濟(jì)、社會效益。隨著微陣列技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其內(nèi)在缺陷也日益暴露出來，成為其發(fā)展的瓶頸。第一，技術(shù)水平還需要不斷提高。非特異性雜交是微陣列技術(shù)的亟待解決的問題，目前，對于這個問題，在實驗中一般采用提高雜交溫度的方法，減少非特異性序列間的相互影響。然而在提高雜交溫度的同時，又很可能造成微陣列靈敏性的降低，使一些應(yīng)該能夠檢測到的基因表達(dá)狀況得不到準(zhǔn)確的反映，研究者只能在其中尋找平衡；第二，不同時間不同地點不同平臺的微陣列結(jié)果難于比較。操作者本身造成的實驗誤差不可避免，還有樣品DNA在取樣上的誤差，此外，由于實驗儀器和操作平臺的差別，包括不同實驗地點的差別，也導(dǎo)致了相同樣本檢測到的表達(dá)基因相差很大[14]；第三，數(shù)據(jù)處理難度大。由于微陣列往往集成了成千上萬個基因信息，而且微陣列信號中往往摻雜了大量的背景噪音，最終大量的微陣列數(shù)據(jù)，如何與生物體內(nèi)在的因素相結(jié)合，所以，微陣列技術(shù)中最大的挑戰(zhàn)來源于數(shù)據(jù)的處理和數(shù)據(jù)的挖掘。 表達(dá)序列標(biāo)簽技術(shù)（EST） 基因表達(dá)序列標(biāo)簽(expressed Sequence tags，ESTs)為長約200800bp的cDNA部分序列。最早利用EST技術(shù)是1991年Adms用人腦組織cDNA得到的EST進(jìn)行的，當(dāng)時人類基因組計劃剛剛開始，一些科學(xué)家就主張cDNA測序應(yīng)該先于基因組測序進(jìn)行，原因是基因組的編碼區(qū)代表了基因組絕大部分信息，而且是對我們直接有用的，而編碼區(qū)長度只有總基因組長度的3%因此可以用最低的代價、最短的時間獲取最多最有用的信息。有了EST的方法之后，人們