DNA微阵列技术与基因表达研究成果

四、DNA微阵列（DNA芯片）与基因表达

DNA微阵列也称为DNA芯片，根据微阵列上探针的不同，可将DNA微阵列分为寡核苷酸微阵列和cDNA微阵列。前者是将寡核苷酸原位合成或合成后固定在微阵列上，后者是将cDNA固定在微阵列上，但两者的基本原理是一样的。DNA微阵列是一种以核酸杂交为基础的生物学技术。和其他的以核酸杂交为基础的方法一样，也是依赖于核酸杂交的选择性。较早的方法如DNA、RNA的凝胶印迹分析法，只用一个标记的核苷酸作为探针与待测样品进行杂交。而DNA微阵列则是用大量的寡核苷酸或cDNA固定在玻璃、硅胶、尼龙膜等支持物表面，作为杂交的探针，形成一个探针阵列，这就是DNA微阵列。一个DNA探针可测出一种基因片段，许多DNA探针就可以同时测出多种基因片段或一种基因的多个片段。将待测基因提取出来后切成长短不一的片段，再用荧光化学物质进行标记，然后与DNA微阵列进行杂交，通过激光光束扫描微阵列。用荧光化学物质标记过的DNA受激光光束激发后会发出荧光，而且荧光的强弱与杂交程度有关。由于微阵列上的格式布局都是事先制定好的，所以根据荧光强弱的图案就可以测出被测基因的DNA序列或者基因的表达情况。

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图4-18　DNA微阵列技术分析基因表达的基本原理

DNA微阵列用于基因表达研究时，有两种不同的荧光标记样品。其基本原理如图4-18所示，样品与微阵列杂交后，用激光或CCD相机扫描后，由于两种荧光的发光强度不同，就可以比较不同的样品的基因表达水平，直接获得基因的表达率，这种用基因的表达率代替基因的完全表达水平的方法，已经显示出其极强的实用性。基因的时空差异表达是植物发育、分化、衰老和抗逆等生命现象的分子基础，基因在不同的组织、不同器官以及不同环境条件下的差异表达特征，为基因的功能提供了重要的信息。目前用DNA微阵列研究植物基因表达已经成为植物学领域的研究热点，研究内容广泛，涉及的植物种类也在逐步增多。

DNA微阵列技术是20世纪90年代初以来逐步发展起来的新技术。经过10多年的发展，已经从不成熟逐步走向成熟，现在几乎涉及了生命科学的每个领域，并对许多传统方法带来冲击。生物芯片技术将像产业革命、计算机技术一样，大大推动科学技术的进步。DNA微阵列技术作为生物芯片技术的主要组成部分，必将在这场革命中扮演重要的角色。农林科学作为生命科学的重要分支之一，也将受益于生物芯片技术的发展。DNA微阵列技术也将继续扩大在植物学中的应用范围，尤其是扩大非模式植物中的应用，直接为农作物和经济作物提供服务。在以后的研究中，基因表达分析重点应该在构建准确详细的微阵列，并有大量的已知的表达谱作为参考。