基因芯片，也称作DNA芯片(DNA chip)或DNA微阵列(DNA microarray)，是指高密度固定于固相支持物表面的单链DNA的微点阵。基因芯片技术是20世纪90年代中期随着人类基因组计划的发展而兴起的一种新型的分子生物学技术，也是近年来生命科学与微电子学、物理学、化学和计算机科学交叉、渗透发展起来的一门高新技术。基因芯片技术实际上是一种大规模集成的固相杂交技术。该技术的基本思想在于将已知的DNA序列作为探针，通过原位合成或显微打印的方式将探针固化于支持物表面，然后将标记的RNA或DNA样品与探针DNA进行杂交，通过激光扫描装置或荧光检测仪来检测芯片表面的荧光信号，从而定量或定性地分析杂交模式。在传统的Southern杂交和Northern杂交中探针是游离在杂交液中，一次只能使用一种探针，与其相反的是，基因芯片是将探针固化在支持物上，在1 cm。的芯片上可以同时固化成千上万个探针，因此具有高通量的优点，此外，基因芯片还具有操作简单、速度快(一般可在几十分钟内完成)、自动化程度高、结果客观等突出优点。

根据探针在固体支持物上的密度，基因芯片可以分为Microarray和Macro—array，其中Microarray应用较多。Microarray多指点阵密度很高的基因芯片通常以载玻片(2．2 cm×

7．5 cm)为固体支持物，而Macro—array则指点阵密度较低的基因芯片，是以尼龙膜为支持物，大小一般为8 cm×12 cm。根据探针的性质，基因芯片可以分为短寡聚核苷酸芯片、长寡聚核苷酸芯片和cDNA芯片。

2基因芯片技术在果树上的应用

利用基因芯片技术可以同时监测细胞中成千上万种mRNA的转录情况，而且快速、敏感、自动化程度高，因此，基因芯片技术是分析高等生物全基因组基因表达的强有力工具。从2000年Aharoni等在《Plant Cell》上发表第一篇关于草毒基因芯片的报道至今，基因芯片技术在果树上的应用集中在苹果、葡萄、柑桔、桃、香蕉、草莓等果实研究上。Aharoni等的研究小组将分离自成熟草莓果实的1 701个cDNA克隆制备成基因芯片，然后对草莓花托和瘦果中的基因表达情况进行对比分析，发现259个cDNA克隆在瘦果中强烈表达，182个cDNA克隆在花托中强烈表达，其中66个克隆在瘦果特异表达，80个克隆在花托中特异表达。Lee等以富士苹果为试材，利用构建的cDNA基因芯片研究了苹果幼果发育期基因的表达，对3 484个cDNA在幼果和成熟果中表达的分析表明，有12．8％的cDNA在幼果中表达的强度是成熟果中的2倍以上，而4．3％的cDNA在幼果中表达强度是成熟果中的8倍以上。Waters等Do]将从葡萄浆果cDNA文库中扩增得到的4 608个cDNA克隆制备成基因芯片，然后分别对花期、花后2、5、8、10、12、13周的葡萄的基因表达进行全面比较分析，发现葡萄浆果中表达的基因可分为4套(set)：第一套．基因在花期强烈表达，花后表达稳定下降，这一套基因主要是与光合作用有关的基因；第二套基因是与类黄酮合成有关的基因，这类基因在花后2周表达达到顶峰；第三套基因主要是编码细胞壁结构蛋白的基因，在花后5周表达最强烈；第四套基因在浆果迅速膨大期开始强烈表达，这套基因主要与浆果成熟有关，基因的范围较广，很多基因的功能尚不知晓。Fonseca等在将来自西洋梨果实cDNA文库和差减文库(subtractive library)的1 364个cDNA克隆制备成基因芯片的基础上，对梨果实发育和衰老过程中基因表达情况进行分析，表明激酶和磷酸酶基因在梨果实发育早期被特异诱导，而与细胞壁修饰、色素合成、香气合成有关的基因在果实成熟跃变期被激活。中国热带农业科学院热带作物生物技术国家重点实验室金志强领导的研究小组把通过抑制差减杂交(suppression subtractive hybridization，SSH)筛选出的在香蕉果实中特异表达的265个cDNA克隆制备成cDNA芯片，然后对采后O d和采后2 d的香蕉的基因表达进行分析，发现26个cDNA在采后2 d的香蕉果实中是上调表达的(up—regulated)[123。2008年中南林业科技大学经济林育种与栽培重点实验室江南等根据梨S—RNase基因的结构特点选择性地设计部分S—RNase特异的寡核苷酸探针，试制梨自交不亲和性基因型检测寡核苷酸芯片，并运用芯片检测梨品种S基因型进行了初步探索。

3结语

    基因芯片技术已经有超过10年的发展历史，但是，至今在果树上应用的报道并不多，主要原因有二：一是基因芯片分析成本较高，二是目前商业化的基因芯片种类很少。目前商业化的果树基因芯片主要是美国Affy metrix公司开发的柑桔和葡萄的基因组芯片，柑桔基因组芯片(Gene Chip Citrus Genome Array)是基于柑桔属的几种植物和种间杂种的EST序列开发的，包括30 171个探针，代表33 879个柑桔转录本，而葡萄基因组芯片[Vitis vinifera(Grape) Geno me Array]包括欧亚种葡萄(V．vinifera)的14 000个转录本和来自其它葡萄属植物的1 700个转录本，全面覆盖欧亚种葡萄基因组。基因芯片作为一种生物技术平台，相信随着生物技术的快速发展，基因芯片技术将越来越成熟，一大批研究成果将会广泛应用于果树。

邹锋 袁德义 张琳

(中南林业科技大学国家林业局经济林育种与栽培重点实验室，湖南长沙410004)

南方园艺2009.2