三、在植物研究中的应用
1、基因表达水平的检测
植物基因的表达受遗传、环境或生化信号的影响，并 且具有时空特异性，组织器官的基因只在某个特定的情况 下才会表达，表达量也有很大差异，形成不同的基因表达 谱，基因表达谱能够用来帮助理解植物体内功能基因的不 同表达情况，可以揭示基因的功能以及它们在植物生理生 化代谢途径中的作用。
2、转基因食品的检测
转基因食品的安全性现在还有很大的争议，利用基因芯片 技术可以快捷准确的检测出样品是否为转基因食品。只需 将目前通用的报告基因、抗性基因、启动子和终子的特异 片断制成检测芯片与待测产品的 DNA进行杂交, 就可以判 断待测样品是否为转基因产品。该技术检测的可靠性已被 对大豆、玉米、油菜、棉花等农作物样品的检测结果所证 实。另外, 利用该技术也可以筛选转基因所需要的目的基 因。
3、对食品营养成分的检测
传统的检测方法对食品的营养成分检测是非常繁琐的 ，更不用说对不同食品的类别和性质进行真伪鉴定了。基 因芯片技术可用来研究食品的营养成分,对食品的类别和性 质进行快速准确的鉴定。Lyakhovich等应用DNA芯片技术 检测 1,25- 二羟维生素 D3 处理过的乳腺癌细胞的 FGF-7 的 表达，发现无论在mRNA水平还是在蛋白水平都有明显的 增加，从而首次揭示了维生素 D 可能通过调节 FGF-7 的表 达而调节细胞的生长分化。
基因芯片技术的应用
一、在食品中的应用
1、细菌检测
细菌污染是食品最常见的污染，食品中病原性细菌检 测是食品卫生安全检测中一个重要的方面。 Anthony 等人 建立了 1个在 4h 以内致病细菌的快速诊断方法。他们运用 该法158例经血培养鉴定为阳性的样品进行检测, 结果符合 率为 79.7% 。Carl 等在对 4 种细菌，即大肠埃希菌、痢疾 杆菌、伤寒杆菌、空肠弯曲菌采用了基因芯片的检测方法, 其检测结果不仅敏感度高于传统方法, 且操作简单, 重复性 好, 并节省了大量时间, 大大提高了 4 种细菌诊断效率。
基因表达水平的检测
Schena 等采用拟南芥基因组内共 45 个基因的 cDNA 微 阵 列 （ 其 中 14 个 为 完 全 序 列 ， 31 个 为 EST ），检测该植物的根、叶组织内这些基因的 表达水平，用不同颜色的荧光素标记逆转录产物 后分别与该微阵列杂交，经激光共聚焦显微扫描 ，发现该植物根和叶组织中存在 26 个基因的表达 差异，而参与叶绿素合成的CAB1基因在叶组织较 根组织表达高500倍。
基因芯片技术的四个技术环节
1、芯片的制备
主要是原位合成法和直接点样法。原位合成法适用于 寡核苷酸；点样法多用于大片段，有时也用于寡核苷酸。 原位合成法包括光导合成法和压电合成法。其优点是反应 量大，探针的密度高并且可以和其他芯片制备方法结合使 用，该方法的缺点是探针的长度较短，一般为20～50bp。 点样法包括接触式点样和非接触式点样又称喷墨式打印。 因点样法成本高，故适用于芯片上需要同一探针或是探针 是长链DNA。
2、基因多态性分析及突变性检测
将基因芯片技术用于检测分子突变，不仅可准确地确 定突变位点和突变类型，更主要的是它的快速高效是目前 所用的其他方法无法比拟的。基因芯片可以同时检测多个 基因乃至整个基因组的突变，还可研究基因 ( 组 ) 的多态性 ，这将大大促进植物育种科学的发展并促进植物新品种的 产生。研究突变性和多态性对检测防治植物疾病，探究分 子突变与环境的关系，促进植物育种和植物新品种的产生 等有积极意义 。
基因芯片的原理
基于核酸分子碱基之间（ A-T/G-C) 互补配对的原理 ，利用分子生物学、基因组学、信息技术、微电子、精密 机械和光电子等技术将一系列短的、已知序列的寡核苷酸 探针排列在特定的固相表面构成微点阵，然后将标记的样 品分子与微点阵上的DNA杂交，以实现对多到数万个分子 之间的杂交反应，并根据杂交模式构建目标DNA的序列， 从而达到高通量大规模地分析检测样品中多个基因的表达 状况或者特定基因(DNA)分子是否存在的目的。
二、在医药领域的应用
1、用于药物作用新靶标的发现
运用基因芯片技术能够比较正常组织细胞及 病变组织细胞中大量 ( 可达数千 ) 基因的表达差异 , 从而发现一组疾病相关基因或致病新基因作为药 物筛选靶标。
用于药物作用新靶标的发现
Kumar Sinha等利用DNA芯片筛选发现，在乳腺癌及 其 他 癌 细 胞 中 ， 均 检 测 到 脂 肪 酸 合 成 酶 (fatty acid synthesis, FAS) 基因过度表达，酪氨酸激酶抑制剂抑制 FAS基因表达可诱导乳腺癌细胞的凋亡。表明 FAS基因及 其相应的信号通路与乳腺癌的发生有关，可能被用来作为 治疗或药物筛选的新靶标。Mandel等利用基因芯片建立帕 金森病的基因表达指纹(finger-prints)图谱,发现了多种有利 于抗帕金森病药物研制和开发的潜在药靶。
特点：高通量、高集成、微型化、平行化、多样化和自动化。
பைடு நூலகம்
基因芯片的分类
按其片基不同可分为：无机片基芯片和有机 合成片基芯片。
按其应用不同可以分为：表达谱芯片、诊断 芯片、检测芯片。 按其结构不同可分为： DNA 阵列和寡核苷 酸芯片。 按其制备方法不同可分为：原位合成芯片和 合成后交联芯片(合成后点样芯片)。
小结
目前，基因芯片技术飞速发展，广泛应用于基因表达 分析、基因诊断、药物筛选、序列分析等诸多领域。而且 而且在农业、工业, 以及食品、环境监测等方面也表现出 极大的应用潜力。尽管基因芯片技术在生命科学领域越来 越受到关注，但也还有许多问题有待解决如：简化样品制 备过程,提高检测过程的智能化 ,提高芯片灵敏度及特异性 , 以及方法的标准化等方面。相信随着科学技术的进步这些 问题将会被解决，基因芯片技术一定会得到更加广泛的应 用。
基因芯片技术及应用示例
目 录
4 5 3
定义 2 基因芯片的分类 基因芯片的原理
1
基因芯片技术的四个技术环节 基因芯片技术的应用
定义
基因芯片技术是指采用寡核苷酸原位合成或显微打印手段 ，将数以万计的DNA探针固化于支持物表面上，产生二维
DNA探针阵列，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂
交信号来实现对生物样品快速、并行、高效地检测或医学 诊断。
2、用于药物有效成分的筛选
如何分离和鉴定药物的有效成分是目前药物开发遇到 的重大障碍，基因芯片技术是解决这一障碍的有效手段。 如在寻找 HIV药物中 , Jellis用组合化学合成 DNA芯片技术 筛选 65453 种硫代磷酸八聚核苷酸，并从中确定了具有 XXG4XX 样结构的抑制物，实验表明，这种筛选物对 HIV 感染细胞有明显阻断作用。
2、样品制备与标记
从待检细胞或组织中分离出 DNA或RNA，经逆转录、PCR扩增、 末端标记等操作，标记主要有荧光标记，生物素或同位素标记、现在 常用荧光素标记，以提高检测的灵敏度和使用者的安全性。
3、杂交反应
属于固－液相反相杂交，探针分子固定于芯片表面，与液相的靶 分子进行反应。但杂交条件的选择需考虑多方面的因素，如杂交反应 体系中盐浓度、探针G-C含量和所带电荷、探针与芯片之间连接臂的 长度及种类、检测基因的二级结构的影响。由于基因芯片影响因素很 多，所以要合理设置异种核酸平行实验、核酸质量、检测对照、封闭 对照、归整化对照，以保证结果的准确性和重复性。
4、信号检测和分析
当芯片杂交完毕之后,需要对信号进行收集和分析。使 用的标记物不同,相应的检测方法也各异。常用的荧光标记 法使用激光共聚集荧光扫描仪进行信号检测。激光共聚焦 扫描仪的激光光源可产生激发不同荧光染料的光，当探针 与待测核酸完全正常配对时的荧光信号强度是具有单个或 ２个错配碱基探针的5~35倍，而且荧光信号的强度还与样 品中靶分子的含量呈一定的线性关系。新发展的纳米金标 记，通过银放大后可直接用肉眼观察，具有非常好的灵敏 度（超过荧光标记法100倍）和特异性。