基因芯片技术：发现基因组差异与应用实例

基因组差异的发现是生物科学研究中的一个重要课题，特别是在基因芯片技术的广泛应用中。基因芯片，也称为生物芯片，是一种集成了大量基因或遗传元件的微型检测平台，用于同时检测大量生物分子，如DNA、RNA、蛋白质或微生物序列。本文重点讨论了两种常见的生物芯片类型：表达谱芯片和Copy Number Variation (CNV) 芯片，包括CGH（Complementay Genomic Hybridization）芯片。 表达谱芯片主要用于研究基因在不同条件下的表达模式，通过比较样本与对照组的信号强度，找出差异表达的基因。在双倍体生物中，通过计算标记Cy5和Cy3的信号比值（Ratio），如log2Ratio>0.58或log2Ratio<-1，可以判断基因是否发生差异表达。这里的比例变化表示了实验基因组与正常基因组之间的差异，如Ratio=3/2或Ratio<1/2，意味着可能存在基因扩增或缺失。 CGH芯片，特别是应用于肿瘤诊断和发育研究，能够精确、定量地检测人类基因组的微缺失和微扩增，包括染色体中性杂合性缺失（copy neutral LOH）、单亲二体病（UPD）以及嵌合现象。例如，Affymetrix的GeneChip® aCGH芯片如Whole-Genome 2.7M采用高密度探针，覆盖约270万个标记，包括SNP位点，提供高分辨率的检测。Agilent的2x105K芯片则以其60mer高精确度探针和针对CNV区域的设计，提供敏感且精确的拷贝数检测。Illumina的CNV/LOH研究芯片专用于杂合性缺失和CNV的分析。 此外，CGH芯片还被应用于微生物学领域，例如金黄色葡萄球菌不同菌株的致病基因组合分析。通过将已测序的参考基因组设计为探针，与待测菌株的基因组进行杂交，可以快速准确地识别基因变异，并据此推断菌株间的进化关系。这种技术显著提高了微生物学研究的效率，节省了大量时间和经费。 基因芯片测序作为另一关键技术，允许对芯片上的信号进行解读并转化为完整的基因序列信息，进一步揭示生物分子的功能和进化特性。基因芯片技术在基因组差异发现、遗传疾病诊断、微生物学研究等多个生物学领域发挥着至关重要的作用。