瓦片陣列

瓦片陣列

瓦片陣列（英語：Tilingarray，亦稱為覆瓦陣列）是微陣列晶片中的一種子類型。類似於傳統微陣列，瓦片陣列通過將標記的DNA或RNA靶分子雜交到固定在固體表面上的探針而發揮作用。

基本介紹

  • 中文名：瓦片陣列
  • 外文名：Tilingarray
陣列簡介,優點缺點,陣列套用,DNA微陣列,斯坦福型,原位合成法,微珠布放法,qPCR array,關聯分析,研究歷史,套用前景,

陣列簡介

瓦片陣列與傳統微陣列之間的不同之處在於探針的性質：瓦片陣列的探針並不是對散列在整個基因組中的已知或預測基因的序列進行探測，而是對連續區域記憶體在的已知序列進行密集地探測。這有助於表征已測序但功能卻知之甚少的區域。瓦片陣列可用於：輔助轉錄物組作圖、發現DNA/蛋白質相互作用（ChIP-chip和DamID）位點、DNA甲基化（MeDIP-chip）位點、DNA酶敏感（DNaseChip）位點及陣列比較基因組雜交。

優點缺點

瓦片陣列提供了一種無偏見的工具來研究全基因組範圍內的蛋白質結合，基因表達和基因結構。它們為研究轉錄組和甲基化組提供了新的洞察力。
缺點包括瓦片陣列套件的成本。雖然價格在過去幾年中有所下降，但價格使得對哺乳動物和其他大型基因組使用全基因組平鋪陣列變得不切實際。另一個問題是其超靈敏檢測能力產生的“轉錄噪音”。此外，該方法沒有為陣列識別的感興趣區域提供明確定義的開始或停止。最後，陣列通常只提供染色體和位置編號，通常需要將測序作為一個單獨的步驟。

陣列套用

瓦片陣列除了可以檢測之前未鑑定的基因及調控序列，還可能對轉錄產物進行深度定量。被稱為“特徵”的瓦片陣列單位中，特異性探針的拷貝數可上數百位（而在傳統陣列中僅有少數幾個），而密布在每張陣列上的特徵數則在10,000到大於6,000,000個之多。可以通過調節探針與探針之間重疊的序列多少、探針序列間已知鹼基的數量或探針長度而達到改變作圖解析度的目的。對於如擬南芥這樣較小的基因組，瓦片陣列甚至可對全基因組進行探測。瓦片陣列是全基因組關聯分析中套用的有力方法。

DNA微陣列

DNA微陣列（DNA microarray）又稱DNA陣列或DNA晶片，比較常用的名字是基因晶片（gene chip）。是一塊帶有DNA微陣列（microarray）的特殊玻璃片或矽晶片片，在數平方公分之面積上布放數千或數萬個核酸探針；檢體中的DNA、cDNA、RNA等與探針結合後，藉由螢光或電流等方式偵測。經由一次測驗，即可提供大量基因序列相關信息。它是基因組學和遺傳學研究的工具。研究人員套用基因晶片就可以在同一時間定量的分析大量（成千上萬個）的基因表達，具有快速、精確、低成本之生物分析檢驗能力。
微陣列背後的的核心原理是兩條DNA鏈之間的雜交，互補核酸序列的性質專門配對彼此通過形成互補的核苷酸鹼基對之間的氫鍵。
其製作方式基本可分為以下幾型：

斯坦福型

由美國史丹佛大學開發的cDNA陣列的製作方法，將預先合成好的核酸探針布放於玻片載體上。 優點：設計較長的探針長度可增加專一性。 缺點：晶片密度較光罩法低，並須有良好的保存設計。
這種方法又可分為點製法與印製法。
點製法是小規模生產或實驗室自製的低密度晶片，以機械手臂上帶有毛細作用的細微刻痕的鋼針，將核酸探針溶液點放於玻片或聚酯纖維膜上。成本低廉，適合探針數少或製造需求量不大的狀況。
印製法是從噴墨印表機的方式變化而來，用加熱氣泡的方式將核酸探針置於玻片上, 使用製作~3萬點的基因晶片；例如PhalanxJet。

原位合成法

原位合成（in situ synthesised），將核苷酸分子依序列利用不同方法控制化學反應, 一個一個接上去形成核酸序列, 快速生產精準(定位準確且位向均一)、超高密度 (100萬-200萬點)晶片. 合成法主要有二種, 一種為利用噴墨技術, 將核苷酸如墨水般, 噴入特定位置進行固相合成 (solid phase phosphoramidite chemistry), 另一種為使用電子晶片製作的光刻法（Photolithography），利用光罩控制反應光化學反應進行合成. 噴墨合成技術因合成時只需輸入座標與核酸序列, 不需前置成本, 所以套用彈性高, 主要合成探針長度為60-mer以上, 且因反應體積大更可合成至300-mer用於合成生物學用途.光刻法由於製程、光罩成本、光照反應效率等因素，這種方法做出的探針長度約在25-mer以下,因探針短所以同一個基因需要多個探針對應，以避免誤判。噴墨合成技術使用廠商有 Agilent, 光刻法使用廠商主要有 Affymetrix、Roche NimbleGen (Nimblegen已於2013年停止生產晶片)等。

微珠布放法

Illumina公司有其獨特的微珠陣列，將核酸探針製作於微小顆粒上，再將其布放於特製玻片。

qPCR array

在96孔或384孔標準PCR盤或384孔微流體盤中，預先合成好即時PCR引子與探針，將檢體注入後以定量PCR方式進行反應與偵測分析。分析量比傳統晶片少，屬於低密度陣列，但兼具準確定量與定性；並且設備與技術門檻低，一般分子生物實驗室即可自行操作。 新的中密度qPCr array：OpenArray是Applied Biosystems（套用生命系統公司，隸屬於Life Technologies集團）產品，在玻片大小的疏水性基板中分為數十個矩陣區域；矩陣內為親水性表面的微孔，有一組預先合成好的引子與探針。現有的規格是每片玻片有12*4（48）個矩陣區域，每個區域為8*8（64）孔。預計2012年有新的12K晶片與專用機台上市。

關聯分析

全基因組關聯分析（Genome-wide association study）是指在人類全基因組範圍內找出存在的序列變異，即單核苷酸多態性（SNP），從中篩選出與疾病相關的SNPs。

研究歷史

套用前景

GWAS為人們打開了一扇通往研究複雜疾病的大門，將在患者全基因組範圍內檢測出的SNP位點與對照組進行比較，找出所有的變異等位基因頻率，從而避免了像候選基因策略一樣需要預先假設致病基因。同時，GWAS研究讓我們找到了許多從前未曾發現的基因以及染色體區域，為複雜疾病的發病機制提供了更多的線索。
由於GWAS研究的各種研究設計方法以及遺傳統計方法無法從根本上消除人群混雜、多重比較造成的假陽性，我們需要通過重複研究來保證遺傳標記與疾病間的真關聯。
  1. 通過增大樣本數量來提高檢驗效率，增加與疾病相關聯的SNPs的機率。
  2. 在兩個人群中分別對樣本中所有的SNP進行基因分型，之後再交換重複測量對方得到的陽性SNPs。這樣做首先保證了低假陰性率，隨後在較大樣本中重複陽性結果又最大程度地避免了假陽性的產生。

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