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生信全书 Lesson 2.4 Agilent 表达谱芯片

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基因芯片

  • Agilent公司的产品主要为全基因组测序芯片,产品主要为全基因组表达谱芯片、CGH、CGH+SNP芯片等,其最突出的就是CGH芯片
  • 除了CGH芯片和表达谱芯片之外,还提供microRNA芯片、甲基化芯片、ChIP 芯片和基因合成用的Oligo Library Synthesis芯片等
  • Agilent表达谱芯片的特点

  • 独特的芯片制作技术,灵活性强
  • Agilent基于打印原理的芯片合成技术,给予其在制作不同序列的探针的时极大的灵活性。只要更换芯片探针的设计文件,就可以轻松地制作出一张全新序列的芯片来。Agilent 公司在接受客户定制化芯片的时候,可以接受少到1张芯片的定制化订单。
  • 在cRNA链上直接标记Cy3荧光基团,检测过程快,比生物素标记减少1天时间,需要的步骤也更少(Agilent 2天,别的平台3天+)
  • 检测线性范围更大,可以达到10^5,可以检测更高、低表达的基因(别的芯片一般只有10^3)
  • 60mer长探针、特异性好
  • 样本用量少
  • 可以选择双色(双通道)芯片检测

根据点阵密度进行分类

  • 密度较低:HD芯片,一张芯片上最多可以有244000个点
  • 密度较高:G3芯片,一张芯片最多可以有1000000个点,可以检测超过49000个人类基因和转录本

根据点阵分区进行分类

  • 分区越多,一个芯片可以同时检测的样本的数量就会越多
  • 但分区过多,每个样本可以检测的数据点是会减少的
  • 目前运用较多的商业化芯片(人的)
    • SurePrint G3 Human Gene Expression v3 8x60K Microarray Kit
    • SurePrint G3 Human GeneExpression 8x60K v2 Microarray Kit
    • 和 Whole Human GenomeMicroarray Kit 4✖️44K芯片
  • 其中8x60K代表8 个区每个区60000个探针,提供了人转录组的全面覆盖,如长链非编码RNA (lncRNA)数据库 LNCipedia 2.1,基因数据库RefSeq、Ensembl、UniGene、GenBank等

Agilent表达谱芯片的组成

Agilent表达谱芯片制备的基本原理和步骤

  • Agilent芯片的基片是一张玻璃硅片,大小和标准病理载玻片相同
  • 芯片制作过程类似喷墨打印,墨水是含有保护基团的4种核苷酸,这些墨水小液滴会以设计的探针顺序,依次层叠地以3’-5’的顺序被喷到玻璃板对应的位置上

碱基延长过程的3步骤

  • Agilent的这个DNA链合成技术,每一步的合成效率都非常高,可以达到99%以上。这让 Agilent可以在芯片上得到很长的DNA链,最长可以达到300个碱基的长度

偶联

  • 第一个核苷酸(带有游离的5’-OH)首先被喷到玻璃板上,与硅基质结合
  • 第二个核苷酸(5’-OH被保护基团修饰)接着被喷到玻璃板上,第二个核苷酸会与第一个核苷酸的游离的5’-OH起反应,使两个核苷酸之间通过共价键连接

氧化

  • 第二个核苷酸通过亚磷酸基团与第一个核苷酸连接,氧化的目的是把这一亚磷酸基团氧化为磷酸基团

去保护基团

  • 连接在第二个核苷酸碱基5’-OH上的保护性DMT基团去除,暴露出游离的5’-OH,供下一步反应进行

Agilent表达谱芯片检测的基本原理和步骤

  • 检测原理基于3’-IVT
  • 每个样本的处理方法(一个样本做一次,两个样本做两次然后混合)

  • 首先使用先用Oligo dT引物(带T7启动子)和M-MLV逆转录酶得到第一链的cDNA,然后再转录或复制出第二链的cDNA,得到双链cDNA,这个双链cDNA是带有T7启动子的。
  • 接下来,使用T7逆转录酶、Cy3荧光基团(如果有两个样本,另一个样本是Cy5荧光基团)标注的CTP进行转录,这样新产生的cRNA链就有荧光标记了
  • 对cRNA进行纯化,用纯化后的样本与芯片探针进行杂交,在激光扫描仪下获得每个点的荧光强度,并计算出对应基因的 RNA表达量
  • 单色荧光计算荧光强度,双色荧光计算两种荧光(也就是两个样本)的比值
  • Agilent扫描仪和装入了扫描仪的芯片⬇️

双色芯片的数据处理

  • 称标记了第二种颜色的样本为参照组reference,可以是对照组,也可以没有对照关系,仅仅是一个参考
  • GEO上使用Agilent双色芯片的数据集,常常给出的是两种基因的表达比值,并且取log2,但也有些数据集虽然用的是双色芯片,但只用了单色但样本,这个时候就直接和普通单色芯片一样分析就好了

Agilent还做miRNA芯片

  • 其特殊的探针设计还可以区分miRNA前体和成熟的miRNA
  • 对样本方面,该芯片无需分离miRNA,直接用total RNA进行实验,只需要100ng RNA,就可以进行标记实验了,避免了分离富集放大的过程带来的影响
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  1. 1. Agilent表达谱芯片的特点
    1. 1.1. 根据点阵密度进行分类
    2. 1.2. 根据点阵分区进行分类
  2. 2. Agilent表达谱芯片的组成
  3. 3. Agilent表达谱芯片制备的基本原理和步骤
    1. 3.1. 碱基延长过程的3步骤
      1. 3.1.1. 偶联
      2. 3.1.2. 氧化
      3. 3.1.3. 去保护基团
  4. 4. Agilent表达谱芯片检测的基本原理和步骤
  5. 5. 双色芯片的数据处理
  6. 6. Agilent还做miRNA芯片
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