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1、基因芯片技術(shù)Genechiptechnology內(nèi)容提要：第一節(jié)差異表達(dá)基因分析第二節(jié)聚類分析第三節(jié)主成分分析第8章利用基因芯片進(jìn)行差異表達(dá)基因分析第一節(jié)差異表達(dá)基因分析單張cDNA芯片差異表達(dá)基因Aerobic需氧Anaerobic不需氧差異表達(dá)基因分析基因表達(dá)譜芯片實(shí)驗(yàn)的主要目的之一是發(fā)現(xiàn)兩個(gè)樣本間差異表達(dá)基因。通常采用基因在實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組中信號(hào)的比值作為衡量基因在兩種狀態(tài)下基因的表達(dá)差異。在雙色熒光系統(tǒng)中，用Cy5/Cy3的比值來衡量基因的表達(dá)差異，也稱表達(dá)差異值。差異表達(dá)基因分析在Affyme
2、trix等短的寡核苷酸芯片中，采用單色熒光標(biāo)記的方式，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組分別用兩張芯片進(jìn)行檢測(cè)，表達(dá)差異值即為兩張芯片的信號(hào)比值。噪聲和芯片本身的一些因素以及生物學(xué)本身的特點(diǎn)給篩選差異表達(dá)基因帶來了很大的麻煩。必須設(shè)定一個(gè)差異表達(dá)基因的判定標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)篩選的標(biāo)準(zhǔn)就稱為差異表達(dá)基因的閾值。如何確定差異表達(dá)基因的閾值 倍數(shù)法優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、直接。缺點(diǎn)：沒有考慮差異表達(dá)的統(tǒng)計(jì)顯著性。比如，在某個(gè)實(shí)驗(yàn)中，基因表達(dá)水平的變化不大，如果選擇判別域值為2倍，則有可能找不到幾個(gè)差異表達(dá)的基因，假陰性率比較高。但如果是主觀縮小判
3、斷域值，又有可能增大假陽性率。Z值法在一張cDNA芯片上一般都點(diǎn)了很多基因，其實(shí)這些基因中只有一小部分表達(dá)有差異，所以一般都假設(shè)表達(dá)的比率值滿足正態(tài)分布。Z=(X-μ)/σ.
4、Z
5、>=1.96在寡核苷酸芯片中，芯片上的基因在相應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件下或相應(yīng)組織中也只有一小部分基因有表達(dá)，可以假定強(qiáng)度滿足對(duì)數(shù)正態(tài)分布，同樣可以對(duì)其作Z變換，使其具有統(tǒng)計(jì)意義。Z值法缺點(diǎn)：如果實(shí)驗(yàn)體系中沒有一條差異表達(dá)的基因，Z值法還是會(huì)挑選出5％的差異表達(dá)基因。這是因?yàn)樵谛酒瑢?shí)驗(yàn)中，總有一些由于背景噪聲產(chǎn)生的假陽性點(diǎn)。如果實(shí)際上實(shí)驗(yàn)
6、中有大量的基因表達(dá)發(fā)生改變，Z值法還是機(jī)械的找出5％的差異表達(dá)基因，丟失了一部分真陽性點(diǎn)。排秩統(tǒng)計(jì)量法選擇一個(gè)統(tǒng)計(jì)量給基因排秩（研究多，方法多）為排秩統(tǒng)計(jì)量選擇一個(gè)閾值，在閾值之上的值將被認(rèn)為是表達(dá)差異顯著的值重復(fù)芯片（replicates）M值法根據(jù)比率平均值或M值對(duì)基因排序。M值為信號(hào)強(qiáng)度比值的log2值，M杠是任一特定基因在重復(fù)序列中M值的均值。缺點(diǎn)：這一排序法忽略了一個(gè)基因在重復(fù)實(shí)驗(yàn)中的不同芯片上表達(dá)水平的差異程度。例如，可能某一個(gè)基因在某一張芯片上M值很大，但在其他芯片上M值很小，其實(shí)這條基
7、因并沒有差異表達(dá)，但由于個(gè)別M值的影響，從而顯示出一個(gè)差異表達(dá)的特性，造成假陽性。T值排序假如一個(gè)基因在幾張重復(fù)芯片的M值都很小，但是這些M值非常接近，所以s值也非常小，這樣可能會(huì)導(dǎo)致t值很大，從而會(huì)把這個(gè)本沒有差異表達(dá)的基因誤認(rèn)為差異表達(dá)。修正的T值法修正值由樣本方差的均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)而得。結(jié)果顯示：在一個(gè)模擬的數(shù)據(jù)集中，雖然帶有一些經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)，但用修正t-統(tǒng)計(jì)量給基因排秩比用均數(shù)和一般的t-統(tǒng)計(jì)量效果要好。單通道寡核苷酸芯片差異基因（兩個(gè)樣本直接比較）Affymetrix，illumina芯片由于有
8、探針重復(fù)，可以利用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算出一個(gè)統(tǒng)計(jì)性的P值或者score值，篩選差異表達(dá)基因。不同類樣本差異基因識(shí)別評(píng)價(jià)一組數(shù)的統(tǒng)計(jì)量平均值標(biāo)準(zhǔn)差比較多組數(shù)的方法T檢驗(yàn)：平均值F檢驗(yàn)：方差SAM（significanceanalysisofmicroarrays） 微陣列顯著性分析在單通道Oligo芯片中，尤其是affymetrix芯片數(shù)據(jù)分析中用得較多雙通道cDNA芯片數(shù)據(jù)分析用得較多FalseDiscoveryRate(FDR)錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率統(tǒng)計(jì)學(xué)家都想用更符合統(tǒng)計(jì)學(xué)的手段得到差異基因，即通過假設(shè)檢驗(yàn)后，賦予每
9、個(gè)基因統(tǒng)計(jì)顯著性或者P值，使得每個(gè)基因的判別更有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的意義。為了達(dá)到這個(gè)目的，統(tǒng)計(jì)學(xué)家們常常用控制錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率（FalseDiscoveryRate）的方法來判斷差異基因。錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率是評(píng)估檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)顯著性的最有力工具之一。Multipletest(P-valueadjustment) 多重檢驗(yàn)（P-價(jià)值判斷）火山圖（volcanoplot）Statisticaltest:P-value（統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)：P值）Foldchange:Ratio（折疊變換：比率）其他方法B-statistics(Smyth,20
10、04)BayesT-test(BaldiandLong,2001)SAMROC(Broberg,2002)Zhao-Panmethod(ZhaoandPan,2003)……ImprovedDetectionofDifferentiallyExpressedGenes對(duì)差異表達(dá)基因的改良性觀測(cè)Timeseriesmicroarraydataset微陣列數(shù)據(jù)的時(shí)間序列聚類：發(fā)現(xiàn)一些未知的細(xì)胞狀態(tài)、疾病的亞型以及一些能識(shí)別這些樣本狀態(tài)的基因，或者說發(fā)現(xiàn)一類功能
