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马文丽，张超 编

图书标签:

• 基因芯片
• 生物芯片
• 基因组学
• 分子生物学
• 生物技术
• 医学分子生物学
• 生物信息学
• 基因表达谱
• 芯片技术
• 遗传学

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122279613

版次：1

商品编码：12027743

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-01-01

用纸：胶版纸

页数：239

字数：309000

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：本书适合从事基因芯片技术应用的科研人员以及综合性大学、医学院校生命科学专业本科生和研究生使用。
本书由国内专家撰写，内容较精要，配图较多，系统性和实用性较强。

内容简介

基因芯片利用微电子、微机械、生物化学、分子生物学、新型材料、计算机和统计学等多学科的先进技术,实现了在生命科学研究中样品处理、检测和分析过程的连续化、集成化和微型化，为生命科学研究，医学，药物研究与开发，法医鉴定，工农业以及食品与环境卫生监督等领域，乃至整个人类社会带来广泛而深刻的变革。
全书除了介绍基因芯片的基本原理外，重点综合了国内外基因芯片领域的新进展，全面系统介绍了不同基因芯片的原料选择、制备、样品标记和处理、质量控制、实验设计、实验过程以及仪器设备使用、芯片扫描和数据分析方法等，并介绍了芯片实验过程中的故障排除和在各个领域中的广泛应用。编写中突出实用性，对实验过程和数据分析重点详细介绍，既介绍方法，也有操作步骤，对实验过程中应注意的问题也做出了详细的分析，并用了较大篇幅介绍了芯片实验的质量控制，可操作性强。
本书旨在为从事基因芯片应用的科研人员和研究生提供全面、实用的芯片原理和操作参考手册，适合从事基因芯片技术应用的科研人员以及综合性大学、医学院校生命科学专业本科生和研究生使用。

作者简介

马文丽，国家二级教授、博士生导师。现任南方医科大学基因工程研究所所长，华南生物芯片研究中心主任；广东省生物化学与分子生物学学会副理事长；中国生物化学与分子生物学学会理事。
基因芯片技术近年来发展迅速，可解决早期、高通量同步检测多个基因的难题，从而达到早期分子诊断的目的。然而该技术在实际应用中仍然存在三大技术瓶颈（基因探针制备、样品荧光标记及杂交检测）。马文丽教授针对上述三大关键技术进行了系统深入的自主创新性研究，取得了创新性成果。申请了11项国家专利，其中8项国家发明专利、3项实用新型专利已获得授权，建立了生物芯片高新技术平台。

目录

第一章　基因芯片分析技术简介　 / 001
第一节　基因芯片分析原理　 / 002
第二节　基因芯片技术的应用　 / 002
第三节　基因表达谱分析　 / 004
第四节　基因组分析中的基因芯片技术　 / 008
第五节　基因芯片技术在新药研发领域的应用　 / 009
本章小结　 / 010
参考文献　 / 011
第二章　基因芯片制备的相关材料　 / 013
第一节　合成寡聚核苷酸片段制备基因芯片　 / 014
第二节　用于质量控制的靶序列　 / 016
第三节　其他生物芯片的原料　 / 018
本章小结　 / 022
参考文献　 / 022
第三章　基因芯片的制备过程　 / 024
第一节　芯片制备技术总论　 / 025
第二节　基因芯片原位合成技术　 / 025
第三节　基因芯片打印技术　 / 028
第四节　组织芯片制造技术　 / 031
第五节　纳米技术在芯片制造中的应用　 / 033
第六节　电磁基因芯片的制备过程　 / 034
本章小结　 / 035
参考文献　 / 035
第四章　基因芯片杂交样品的荧光标记技术　 / 036
第一节　荧光素的分类　 / 037
第二节　常用荧光标记物的化学原理　 / 039
第三节　荧光标记的过程　 / 043
本章小结　 / 050
参考文献　 / 050
第五章　样品的处理过程　 / 052
第一节　RNA的纯化过程　 / 052
第二节　RNA分子降解的防范　 / 055
第三节　RNA提取方法的选择　 / 056
第四节　纯化RNA的鉴定　 / 076
第五节　样品准备过程中的注意事项　 / 080
本章小结　 / 083
参考文献　 / 083
第六章　用于基因表达谱分析的待测样品标记　 / 085
第一节　转录序列的成分分析　 / 085
第二节　RNA标记方法的选择　 / 089
第三节　RNA标记过程　 / 091
第四节　酶介导的标记过程　 / 094
第五节　cDNA反转录过程中的标记过程　 / 096
第六节　转录后cDNA的标记　 / 097
第七节　RNA扩增标记过程　 / 097
第八节　基因表达谱的代表性　 / 099
第九节　随机引物标记过程　 / 103
第十节　直接法化学标记过程　 / 105
第十一节　标记后的样品纯化　 / 106
第十二节　标记后纯化试剂盒的选择　 / 108
本章小结　 / 111
参考文献　 / 112
第七章　标记探针的质控　 / 113
第一节　用于标记探针质控的色谱技术　 / 113
第二节　标记核酸的定量计算　 / 119
第三节　标记探针的纯化　 / 121
第四节　标记待杂交样品的质控分析　 / 123
本章小结　 / 124
参考文献　 / 124
第八章　基因芯片杂交过程　 / 125
第一节　基因芯片杂交过程概述　 / 125
第二节　预杂交过程　 / 126
第三节　芯片的分子杂交　 / 127
第四节　杂交后清洗的严谨度控制　 / 132
第五节　基因芯片片基与杂交后清洗　 / 133
本章小结　 / 141
第九章　杂交过程中仪器的使用　 / 143
第一节　杂交炉　 / 143
第二节　常用杂交炉的选择　 / 145
第三节　杂交过程的监测　 / 150
本章小结　 / 152
第十章　用于杂交信息检测的基因芯片荧光扫描仪系统　 / 153
第一节　基因芯片荧光扫描仪的原理　 / 154
第二节　扫描系统的构建　 / 155
第三节　激发光光源　 / 156
第四节　发射光的收集　 / 159
第五节　信号检测与放大　 / 161
第六节　系统工作效率的确定　 / 163
第七节　荧光与波长滤片的选择及其基本原理　 / 165
第八节　常用基因芯片扫描仪　 / 169
本章小结　 / 171
第十一章　基因芯片实验的设计与数据分析　 / 172
第一节　基因芯片实验设计　 / 172
第二节　基因芯片数据分析原理　 / 177
第三节　基因芯片杂交图像的分析　 / 198
第四节　芯片实验过程中的对照设计　 / 201
第五节　基因芯片数据分析常用数据库与软件　 / 202
本章小结　 / 210
第十二章　基因芯片实验故障排除指南　 / 211
第一节　基因芯片实验系统的优化　 / 212
第二节　基因芯片实验的设计与实施　 / 216
第三节　基因芯片数据分析　 / 221
本章小结　 / 227
参考文献　 / 228
第十三章　基因芯片发展大事记　 / 229
第一节　膜基因微阵列的出现　 / 229
第二节　原位显微光蚀刻与原位合成技术　 / 230
第三节　纳米技术与基因芯片技术　 / 232
第四节　组织芯片技术的发展　 / 233
第五节　电子基因芯片的可能　 / 234
第六节　基因芯片技术的临床应用　 / 235
第七节　基因芯片技术在基因测序中的应用　 / 236
第八节　基因芯片的应用前景　 / 237
参考文献　 / 238

前言/序言

随着人类基因组计划的完成，生命科学已进入全基因组和大数据时代。2015年2月国家成立中国精准医疗战略专家组，标志着我国精准医疗事业迈入新的发展纪元。基因芯片技术作为生命科学与医学研究的重要手段，必将为阐明生命的本质、揭示生命之谜，发挥重要的作用。
基因芯片技术融合了生物学、微电子学、生物信息学等众多学科，经过20余年的不断发展，已经在各个学科发挥了重要的作用，并且取得了令人振奋的研究成果。它不仅是学科交叉融合的典范，更是研究生命奥秘的极好工具，成为国内外众多学者与企业家们关注的焦点。
目前，国内系统介绍该技术的基本原理和方法方面的书籍不多，我们在本书中结合自己在基因芯片研究方面的经验，同时参考新的文献资料，对基因芯片的基本理论、实验方法与操作规程及其在基因表达分析与基因组研究、基因突变检测与多态性分析等方面的应用进行了系统的阐述。本书将使读者对这一技术有更加详细的认识和了解，希望能为生命科学领域中从事教学与科研工作的高校教师、科研院所的研究人员、博士生、硕士生等提供有益的帮助。本书可以作为基因芯片操作和实验的参考书。
在本书的编写过程中，化学工业出版社给予了大力支持和帮助，在此深表感谢。由于基因芯片技术涉及广泛、发展迅速、更新快，书中在理论与方法阐述以及名词概念的表述上难免存在不足之处，欢迎读者批评、指正，提出宝贵意见。

编　者　 　
2016年3月于广州

基因测序：生命密码的破译与未来展望 一、 基因测序的起源与发展：从一次性到高通量 基因测序，顾名思义，是指确定DNA分子中核苷酸（腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C、胸腺嘧啶T）的精确排列顺序。这一技术的出现，如同为我们打开了认识生命奥秘的一扇大门，让我们得以窥探生物体的遗传蓝图。 早期，基因测序的技术发展并非一帆风顺。20世纪70年代，弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger）和艾伦·麦克斯姆（Allan Maxam）分别独立开发了两种基本的DNA测序方法：桑格测序法（Sanger sequencing）和化学降解法（Maxam-Gilbert sequencing）。其中，桑格测序法凭借其操作的简便性和结果的准确性，逐渐成为主流。桑格测序法也称为链终止法，其核心原理是利用带有荧光标记的ddNTP（双脱氧核苷酸），在DNA聚合酶催化合成新链的过程中，当ddNTP掺入时，链的延伸就会终止。通过不同长度的荧光标记的DNA片段，以及后续的激光扫描和荧光信号检测，最终能够解析出DNA序列。 然而，早期的桑格测序法通量低，成本高，一次只能测序几百到几千个碱基对，对于大型基因组的测序而言，无疑是一项浩大的工程。例如，人类基因组计划（Human Genome Project）的完成，耗费了巨额的资金和时间，正是得益于当时最先进的测序技术，但也充分暴露了单次测序通量不足的瓶颈。 进入21世纪，随着分子生物学和计算机科学的飞速发展，新一代测序技术（Next-Generation Sequencing, NGS），又称高通量测序（High-Throughput Sequencing, HTS），应运而生，彻底改变了基因测序的面貌。NGS技术的核心在于“边合成边测序”（sequencing by synthesis）或“连接测序”（sequencing by ligation）等原理，能够同时对海量的DNA片段进行测序，极大地提高了测序速度和效率，同时显著降低了测序成本。 NGS技术涵盖了多种平台和技术，如Illumina公司主导的边合成边测序技术，通过在微珠上固定DNA片段，进行桥式PCR扩增，然后引入荧光标记的核苷酸进行碱基识别；PacBio公司的单分子实时测序（Single Molecule Real-Time Sequencing, SMRT）技术，能够一次性读出长达数万甚至数十万个碱基的序列，解决了传统NGS短读长的问题；Oxford Nanopore公司的纳米孔测序技术，则利用DNA分子通过纳米孔时产生的电流信号变化来识别碱基，其便携性和实时性使其在现场应用方面展现出巨大潜力。 这些NGS技术的发展，使得基因测序的通量呈指数级增长，成本却呈现出断崖式下降，从早期完成一个基因组需要数十亿美元，到如今几千美元甚至更低，使得基因测序的应用范围空前拓展。 二、 基因测序的应用领域：从基础研究到临床实践 基因测序技术的飞速发展，不仅是科学研究的突破，更在各个领域催生了革命性的应用。 1. 基础生命科学研究： 基因测序是理解生命本质的基石。通过对不同物种基因组的测序，科学家能够揭示生命的进化历程、物种间的关系、基因的功能以及调控机制。例如，比较基因组学研究通过比对不同物种的基因组序列，可以发现保守区域和差异区域，从而推断基因和基因组的演化路径。转录组学研究则利用RNA测序（RNA-Seq）来分析基因的表达水平和调控模式，揭示细胞在不同状态下的分子变化。表观基因组学研究，如DNA甲基化测序，则进一步深入理解基因的开关机制，以及环境因素如何影响基因表达。 2. 医学与健康： 在医学领域，基因测序的应用更是日新月异，正在重塑疾病的诊断、治疗和预防。 遗传病诊断： 对于许多单基因遗传病，如囊性纤维化、地中海贫血等，基因测序能够直接检测致病基因的突变，为患者提供准确的诊断依据，并为家族成员进行风险评估。无创产前检测（NIPT）利用孕妇外周血中的胎儿游离DNA进行测序，可以筛查出常见的染色体异常，如唐氏综合征。 癌症研究与治疗： 癌症的发生发展与基因突变密切相关。肿瘤基因测序能够识别驱动肿瘤生长的关键突变，为患者制定个体化的靶向治疗方案。例如，EGFR、ALK等基因的突变信息，可以直接指导非小细胞肺癌的治疗。肿瘤的液体活检，通过检测血液中的ctDNA（循环肿瘤DNA），可以实现对癌症的早期筛查、复发监测和治疗效果评估。 药物研发与基因分型： 基因测序技术有助于识别与药物反应相关的基因变异，从而指导药物的选择和剂量调整，实现药物的个体化用药（Pharmacogenomics），提高疗效，降低不良反应。例如，一些抗癌药物的疗效与患者的特定基因型密切相关。 传染病监测与溯源： 基因测序在应对传染病爆发中发挥着至关重要的作用。通过对病原体基因组的快速测序，可以准确识别病原体，了解其传播途径，追踪疫情的起源和演变，并开发相应的诊断试剂和疫苗。新冠病毒的快速基因测序和变异株的监测，就是最好的例证。 微生物组学研究： 人体内的微生物群落（如肠道菌群）对人体健康有着深远的影响。基因测序技术能够分析微生物群落的组成和功能，为疾病的预防和治疗提供新的思路，例如，通过调节肠道菌群来治疗肥胖、炎症性肠病等。 3. 农业与育种： 在农业领域，基因测序技术被广泛应用于动植物的改良和育种。 新品种培育： 通过对作物品种基因组的测序和分析，可以识别与产量、抗病性、抗逆性、品质等性状相关的基因，加速优良品种的选育。例如，利用基因组选择技术，可以更高效地培育出高产、抗病的水稻、小麦等作物。 家畜改良： 基因测序技术有助于深入了解家畜的遗传特性，选育出具有优良繁殖性能、生长速度和抗病能力的品种，提高畜牧业的生产效率。 病虫害防治： 通过对农作物病原菌和害虫的基因组进行测序，可以更有效地开发针对性的防治策略，减少农药的使用，促进绿色农业的发展。 4. 法医学与人类学： 基因测序在法医学和人类学领域也扮演着重要角色。 亲子鉴定与身份识别： 基因测序的高度特异性使其成为亲子鉴定和个体身份识别的金标准，在刑事案件侦破、失踪人口寻回等方面发挥着关键作用。 人类起源与迁徙研究： 通过对古 DNA 的测序，科学家可以重构古代人类的遗传信息，揭示人类的起源、迁徙路线和种群演化历史，为理解人类文明的形成提供重要的线索。 三、 基因测序面临的挑战与未来展望：精准、个性化与智能化 尽管基因测序技术已经取得了举世瞩目的成就，但仍面临一些挑战，同时也孕育着更广阔的未来。 1. 数据处理与分析： 随着测序通量的不断提高，产生的海量基因组数据对存储、计算能力和生物信息学分析提出了严峻的挑战。开发更高效、更智能的数据分析工具和平台，是未来发展的重要方向。 2. 技术创新与成本降低： 尽管成本已大幅下降，但进一步降低测序成本，提高测序精度和读长，将使基因测序在更多领域得到普及应用。新型测序技术的不断涌现，如纳米孔测序的便携性，以及长读长测序的优势，将为基因测序带来新的可能性。 3. 伦理与隐私问题： 随着基因信息的广泛应用，如何保护个人基因信息的隐私和安全，避免歧视和滥用，是亟待解决的伦理和社会问题。建立完善的法律法规和伦理规范至关重要。 4. 应用的深度与广度拓展： 未来，基因测序将更加深入地融入临床实践，实现更精准的诊断、更个体化的治疗和更前瞻性的疾病预防。例如，对婴儿进行全基因组筛查，提前预测和干预潜在的健康风险。 5. 人工智能与基因测序的融合： 人工智能（AI）在基因数据分析、疾病预测、药物研发等方面展现出巨大的潜力。AI技术与基因测序的深度融合，将极大地加速生命科学的研究进程，推动精准医疗和个性化健康管理的实现。例如，利用AI分析海量基因数据，可以更准确地预测疾病风险，发现新的药物靶点，甚至设计出更有效的治疗方案。 结语： 基因测序技术，作为一把解锁生命密码的钥匙，正在以前所未有的力量推动着科学研究的进步和人类健康的福祉。从揭示生命奥秘的基础研究，到重塑疾病诊断和治疗模式的医学革命，再到优化农业生产和理解人类历史的广阔前景，基因测序的应用无处不在，并仍在不断拓展其边界。未来的基因测序，必将朝着更加精准、更加个性化、更加智能化的方向发展，为构建健康、美好的未来贡献更为强大的力量。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我本来对这本书的期望值并不高，只是抱着了解一下大概的心理。没想到，它却给了我一个巨大的惊喜！这本书的叙事方式非常独特，不像我以往读过的那些枯燥的技术手册，它更像是一部关于基因探索的史诗。作者巧妙地将历史发展脉络融入其中，从早期基因测序的艰难探索，到基因芯片的应运而生，再到如今的日新月异，整个过程娓娓道来，充满了人文关怀。我尤其欣赏书中对科学家们创新精神的描绘，那些为了突破技术瓶颈而付出的艰辛努力，都让我深受感动。而且，这本书并没有回避技术发展过程中遇到的挑战和争议，而是以一种客观、理性的态度进行了探讨，这使得我对基因芯片技术的理解更加全面和深入。读这本书的过程，不仅仅是知识的积累，更是一次思想的启迪。我感觉自己仿佛置身于科学进步的浪潮之中，与那些伟大的科学家们并肩前行，共同见证着人类对生命奥秘的不断探索。

评分☆☆☆☆☆

这是一本令人拍案叫绝的书！我是一名生物信息学专业的学生，一直以来都对如何高效地分析大量的基因数据感到头疼。这本书简直是为我量身打造的！它不仅详细介绍了基因芯片的原理和技术细节，更重要的是，它深入浅出地讲解了如何利用这些技术来获取和解读基因信息。书中提供的各种数据分析方法和工具介绍，对我来说是雪中送炭。我特别喜欢它关于基因芯片数据预处理和质量控制的章节，这些细节对于保证分析结果的准确性至关重要。而且，作者还列举了许多实际的应用案例，比如基因表达谱分析、SNP分型等，并给出了详细的分析流程和结果解读。这些案例让我对基因芯片在各个生物学研究领域的应用有了更直观的认识，也激发了我对这些领域的浓厚兴趣。这本书无疑将成为我未来进行生物信息学分析的宝典，我一定会反复研读，从中汲取更多的养分。

评分☆☆☆☆☆

这本书实在太棒了，让我对生物科学的最新进展有了全新的认识！我一直对基因技术非常感兴趣，但又觉得有些高深莫测。这本书就像一位循循善诱的老师，用清晰易懂的语言，从最基础的概念讲起，一步步深入到基因芯片的核心原理。我特别喜欢它对不同类型基因芯片的详细介绍，每种芯片的优缺点、适用范围都解释得明明白白。读完这部分，我才恍然大悟，原来基因芯片并非单一的技术，而是多种巧妙设计的集合。书中对实验操作的流程描述也极为细致，配上精美的插图，即使是没有实际操作经验的我，也能大致勾勒出整个实验过程的模样，仿佛身临其境。更让我惊喜的是，作者还联系了基因芯片在疾病诊断、药物研发等领域的实际应用案例，这些鲜活的例子让抽象的技术变得具体可感，也让我看到了基因芯片在改善人类健康方面巨大的潜力。我迫不及待地想把书中学习到的知识应用到我自己的研究课题中，相信这本书一定会成为我未来科研道路上的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

我最近正在进行一项关于某种罕见病的课题研究，急需了解相关的基因检测技术。偶然间翻阅了这本书，简直如获至宝！它对于基因芯片在遗传病诊断方面的应用进行了非常详尽的阐述。从最初的原理介绍，到具体的检测流程，再到不同疾病的基因芯片诊断策略，本书都给出了非常全面的讲解。我尤其关注了书中关于基因芯片在单基因遗传病和多基因遗传病诊断中的区别和优劣势的分析，这对我选择合适的检测方法提供了重要的参考。书中的图表和案例分析也十分生动，让我能够清晰地理解复杂的基因诊断过程。此外，作者还对基因芯片技术在产前诊断和新生儿筛查方面的应用进行了介绍，这让我对基因检测技术在预防和早期干预遗传病方面的重要性有了更深刻的认识。这本书不仅拓宽了我的视野，也为我解决了实际的研究难题，让我对未来工作充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我之前对基因芯片这个领域几乎是一无所知。在朋友的推荐下，我抱着试试看的心态买了这本书。没想到，它完全颠覆了我对科技书籍的刻板印象！这本书的语言风格非常活泼有趣，读起来一点都不枯燥。作者用了很多生动的比喻和形象的例子，把那些复杂的基因芯片原理讲得通俗易懂。我最喜欢的部分是它对基因芯片在食品安全和农产品质量检测方面的应用介绍。以前我只知道基因检测可以用于医学，没想到它在农业领域也有如此广泛的应用。书中列举了如何利用基因芯片来检测转基因食品、识别农产品品种等案例，让我大开眼界。这本书让我意识到，基因芯片技术不仅仅是实验室里的高科技，它已经悄然渗透到我们生活的方方面面，为我们的生活带来了更多的便利和保障。我非常推荐这本书给所有对科技感兴趣的人，无论你是否有相关的专业背景，都能从中受益匪浅。