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大规模基因差异表达分析PPT精品课程课件讲义

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《基因差异表达分析》课件

《基因差异表达分析》课件

《基因差异表达分析 》ppt课件
• 引言 • 基因差异表达分析的方法 • 基因差异表达分析的实验设计 • 基因差异表达分析的结果解读 • 基因差异表达分析的挑战与展望 • 案例分享与讨论
目录
Part
01
引言
基因差异表达分析的定义
基因差异表达分析是通过比较不同条件下基因表达水平的变化，来研究基因功能、 生物体对环境或刺激的响应机制以及疾病发生发展机制的方法。
加强跨学科合作
基因差异表达分析涉及到多个学 科领域，加强跨学科合作有助于 推动该领域的发展。
Part
06
案例分享与讨论
案例一：肺癌中的基因差异表达分析
总结词
肺癌是一种常见的恶性肿瘤，基因差异表达分析有助于揭示肺癌的发病机制和潜在治疗 靶点。
详细描述
通过对肺癌组织与正常组织进行基因差异表达分析，可以发现与肺癌发生、发展相关的 关键基因，如EGFR、KRAS等。这些基因的异常表达可能导致肺癌细胞的增殖、转移和 耐药性产生。基因差异表达分析为肺癌的诊断、治疗和预后评估提供了重要的科学依据
STEP 02
STEP 01
实验可重复性差
样本获取困难
在某些情况下，获取足够 的样本可能非常困难，特 别是在临床研究中。
STEP 03
实验设计不合理
在某些情况下，实验设计 可能不合理，导致无法准 确地检测基因差异表达。
由于实验条件、操作过程 等因素的影响，基因差异 表达分析实验的可重复性 可能较差。
数据质量控制
数据完整性
检查测序数据的完整性，确保数据没有缺失或损坏。
数据一致性
比较不同样本之间的测序数据，确保它们具有相似性和一致性，以便进行后续的 比较分析。
Part
《差异表达基因分析》PPT课件

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28
Multiple test (Pvalue adjustment)
29
火山图（volcano plot）
Statistical test: Pvalue Fold change: Ratio
30
其他方法
B-statistics (Smyth,2004) Bayes T-test (Baldi and Long, 2001) SAMROC (Broberg, 2002) Zhao-Pan method (Zhao and Pan, 2003) ……
38
Cluster&Treeview软件
39
Cluster&Treeview软件
40
Genesis软件
41
预分析（Pre-Analysis）
重复值合并（ replicate handling ） 数据转换和标准化（data transformation and standardization） 缺失数据处理（ missing value management ） 基因筛选（pattern selection）
54
55
基因筛选
针对特别目的选取，比如选取不同类之间 差异表达基因。常用的方法，假设检验， 比如t检验，F检验等 不改变整体数据矩阵的数据结构，去除数 据的冗余性。常用方法，主成分分析等。
56
发展
新算法
新角度
合并多种方法
57
主成分分析 (Principle Component Analysis)
7
8
差异表达基因分析
9
单张cDNA芯片差异表达基因
10
差异表达基因分析
基因表达谱芯片实验的主要目的之一是发现两个 样本间差异表达基因。 通常采用基因在实验组和对照组中信号的比值作 为衡量基因在两种状态下基因的表达差异，在双 色荧光系统中，用Cy5/Cy3的比值来衡量基因的表 达差异，也称表达差异值。在Affymetrix等短的寡 核苷酸芯片中，采用单色荧光标记的方式，实验 组和对照组分别用两张芯片进行检测，表达差异 值即为两张芯片的信号比值。 噪声和芯片本身的一些因素以及生物学本身的特 点给筛选差异表达基因带来了很大的麻烦。必须 设定一个差异表达基因的判定标准。这个筛选的 标准就称为差异表达基因的阈值。
基因的表达汇总讲解PPT课件

基因的表达汇总讲解PPT课件


酸合成肽链，其碱基排列顺序如下：
AUUCGAUGAC……(40个碱基) ……CCAGAUCU……，
由于某种原因，在CCA后插入了一个碱基U，则突
变后多肽链中氨基酸的数目为
，该多肽
中的第9位16氨基酸由脯氨酸变为组氨酸。已知脯 氨酸的密码子为CCU、CCC、CCA、CCG，组氨酸的
密码子为CAU、CAC。突变后基因中决定第9位组
.
7
（1）mRNA mRNA上决定一个氨基酸的
三个相邻碱基叫做密码子。
核 孔
密码子
密码子
密码子
DNA mRNA
蛋白质
U U A G AU AUC
mRNA .
8
⑵转运RNA（tRNA）：含有反密码子
tRNA
一个转运RNA 只能携带一种特定的氨基酸！
细胞中的转运RNA至少有 61 种. ！
UA U
9
在某些病毒中，RNA也可以自我复制，并且还发现在
一些病毒蛋白质的合成过程中，RNA可以在逆转录酶的作
用下合成DNA。
.
17
中心法则补充
在某些病毒中，RNA也可以自我复制，并且还发现在 一些病毒蛋白质的合成过程中，RNA可以在逆转录酶的作 用下合成DNA。
复 制
DNA
转录 逆转录
复 制
RNA
翻译 蛋白质
整个DNA分子中都是由基因. 构成的吗？
2
基因与DNA和染色体以及脱氧核苷酸间的关系
基因1
非 编 码 区
基因2
编 码
区
染色体
非 编 码 区
.
3
1、染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系：
1条染色体
通常 含有
《基因功能分析》课件

《基因功能分析》课件

通过荧光染料或探针标记的特异引 物，对特定基因进行实时荧光检测 ，实现对基因表达的定量分析。
蛋白质组学分析
利用质谱等技术对蛋白质进行鉴定 和定量分析，了解蛋白质的表达情 况和功能。
基因突变分析
Sanger测序
通过对目标基因进行双脱氧终止法测序，检测基 因突变位点和类型。
高通量测序
对全基因组或目标区域进行深度测序，发现基因 突变和结构变异。
随着基因技术的进步，相关的伦理和法规 也将不断完善，以保障技术的安全和合理 应用。
THANKS
[ 感是生物多样性的基础。不同物种或同一物种不同种群间的基因变异导致了生物多 样性的产生和发展。了解基因变异对生物多样性的影响有助于保护和利用生物资源。
CHAPTER 04
基因功能研究的应用
医学诊断与治疗
基因诊断
利用基因检测技术，对遗传性疾病进行早期诊断，有助于制定个性 化的治疗方案。
基因与药物反应个体差异
不同个体对同一种药物的反应可能存在差异，这种差异部 分由基因变异引起。了解个体基因变异情况有助于预测患 者对特定药物的反应。
基因与进化
基因变异与物种形成
基因变异是生物进化的驱动力之一。通过自然选择和遗传漂变，基因变异在种群中积累并 最终导致新物种的形成。
基因与适应性进化
生物在适应环境过程中，某些基因变异有助于提高生存和繁殖能力，从而在自然选择作用 下得到保留和传播。这些变异可以影响生物的生理机能、行为和形态等方面。
03
基因与个性化医疗
了解基因变异对疾病的影响有助于实现个性化医疗，为患者提供更精准
的诊断和治疗方案。
基因与药物反应
基因与药物代谢
药物代谢酶的基因变异可以影响药物的代谢速率和效果。 有些变异可能导致药物代谢过快或过慢，从而影响治疗效 果。
基因差异表达分析-文档资料

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Background substraction
IM: Ideal MM
Performance on corrupted data…
1. Simple average 2. 3. Tukey biweight
∑ ∑
Discrimination score R
R = (PM - MM) / (PM + MM) If PM >> MM, then R ≈ 1 If PM = MM, then R = 0
to bts
sta e n rd ro arr
X
For related samples:
where:
s sD DN
tobtDsDD
and
sD
D2N D2
high variability
low variability
What does difference mean?
medium variability
low variability
high variability
Which one shows the greatest difference?
What does difference mean?
2. Test for difference in means Whether the CD4 level of patients taking treatment A is equal to CD4 level of patients taking treatment B ?
3. Test for paired observation Whether the treatment conferred any significant benefit ?
《差异表达分析》课件

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《差异表达分析》ppt课件
目 录
• 差异表达分析简介 • 差异表达分析的方法与技术 • 差异表达分析的流程 • 案例分享与结果解读 • 差异表达分析的挑战与展望 • 总结与致谢
01 差异表达分析简介
定义与概念
差异表达分析定义
差异表达分析是一种生物信息学 方法，用于识别在不同条件下基 因表达水平发生显著变化的基因 ，从而揭示生物过程的调控机制 。
临床样本分析
在临床样本分析中，差异表达分析可用于比较正常组织与病变组织、不同病程阶段或不同治疗方法的样本，以揭示疾 病发生发展过程中的基因表达变化。
药物筛选与评价
在药物筛选与评价中，差异表达分析可用于比较不同药物处理或不同浓度下的基因表达谱，以筛选出具 有潜在治疗作用的候选药物或化合物，并评估其疗效和副作用。
基于RNA-seq的方法
技术原理
RNA-seq通过将样本的RNA进行序列化， 然后利用序列数据进行基因表达分析。
优势
能够提供更全面的基因表达信息，不受芯片 限制，可检测低丰度基因。
局限性
数据分析复杂度高，对计算资源要求较高。
其他相关技术
数字化PCR技术
通过将PCR反应数字化，提高检 测的灵敏度和特异性。
蛋白质组学技术
通过检测蛋白质的表达水平，分 析基因的表达调控。
最新进展与趋势
单细胞测序技术
能够实现对单个细胞的基因表达进行分析，有助于深入了解细胞异质性。
人工智能与机器学习在差异表达分析中的应用
通过人工智能和机器学习的方法，提高差异表达分析的准确性和效率。
多组学整合分析
将基因组、转录组、蛋白质组等多组学数据进行整合分析，以更全面地揭示生物过程的机 制。
基因表达PPT教学课件

基因表达PPT教学课件

温 故 知 新
１、基因表达包括哪些过程 :?转录和翻译
２、细胞分化过程是不同基因进行表达的果,
那么,分化后不同细胞的遗传物质相同吗 ?
３、原核生物和真核生物基因表达的调控相同吗?
４、比较原核细胞和真核细胞基因结构的异同：
第三节 基因表达的调控
生物体内每个细胞都含有该物种的一整套 基因，但是，这些基因并不是同时都在表达。 比如单细胞的细菌，就能够根据环境的变化， 开启或关闭某些基因，以便迅速合成它所需要 的蛋白质，停止合成它不需要的蛋白质。多细 胞生物体内基因的表达更为复杂。生物体内的 基因之所以能够有序地表达，是因为细胞内存 在着对基因表达的调控机制，这种调控机制是 生物体所不可缺少的。
3、积极作用：世界多极化是建立在各种力 量相互依存又相互制约的基础上，因此
（1）、有利于避免新的世界大战的爆发； （2）、有利于削弱和抑制霸权主义和强权
政治； （3）、有利于推动建立公正合理的国际政
治经济新秩序； （4）、有利于世界的和平、稳定、发展。
3、正确认识世界各种力量：
（1）美国极力维护其惟一超级大国地位；
围绕美伊战争，世界上发生了几个分裂：联合国分裂为主战 和反战两方，北约内部出现和平解决与军事打击之争的“裂 痕”，欧盟也分化为以法、德为代表的反战派和以英、西为 代表的主战派。“这无疑表明，世界多极化趋势在发展，各 种力量的重新组合并没有结束。
这场单极与多极的较量，“核心问题是：二十一世纪的国际事 务，到底是一个国家说了算，还是有事大家商量着办”。表面 上看美国单极霸权横冲直撞，可以在这场不对称战争中达到推 翻萨达姆政权的军事目的。但从深层次上看，美国失去了人心， 失道寡助，美国的战略目的——建立以美国主导的单极世界秩 序，则很难实现。(有什么好处？）
基因表达教学课件ppt

基因表达教学课件ppt

翻译是将基因中的遗传信息转变成蛋白质的过程，是基因表达的重要环节之 一。
翻译的场所
翻译主要在细胞质的核糖体上进行，核糖体是由RNA和蛋白质组成的复合体 。
翻译的起始
起始密码子
翻译的起始信号是mRNA上的起始密码子，它与核糖体上的起始因子结合，起始 翻译过程。
起始因子的作用
起始因子与起始密码子结合后，可以促进核糖体与mRNA的结合，并启动翻译过 程。
02
基因表达研究在农业领域也得到了广泛应用，通过对植物和动物基因表达的研 究，可以更好地了解生长发育和适应环境的机制，提高生产效率。
03
基因表达研究在环境科学领域也扮演着重要的角色，通过对不同生物在相同环 境下的基因表达比较，可以更好地了解生物对环境的适应性，为环境保护提供 科学依据。
基因表达研究的发展趋势
02
基因表达的转录
转录的概述
01
02
03
定义
转录是指将DNA序列转 化为RNA序列的过程。
转录的酶
转录需要RNA聚合酶的 参与。
转录的场所
转录主要发生在细胞核内 。
转录的启动
启动子
转录的启动子是RNA聚合酶识别和结合DNA序列的位点。
转录起始复合物
启动子与RNA聚合酶结合形成转录起始复合物。
转录起始复合物的形成过程
基因表达谱
通过基因表达谱可以了解疾病状态下哪些基因在发生变化，从而 为疾病的诊断提供依据。
生物标志物
一些基因表达产物可以作为疾病的生物标志物，例如：前列腺癌 中的PSA基因。
疾病分型
基因表达数据可以用于疾病的分型，例如：肺癌可以分为鳞状细 胞癌、腺癌和小细胞肺癌。
基因表达异常与疾病的治疗
靶向治疗
生物信息学基因表达数据分析ppt学习课件

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（2）k近邻法
选择与具有缺失值基因的k个邻居基因 用邻居基因的加权平均估计缺失值 参数
• 邻居个数 • 距离函数
（3）回归法
（五）数据标准化
1.为什么要进行数据标准化:存在不同来源的系统误差 染料物理特性差异（热光敏感性，半衰期等） 染料的结合效率 点样针差异 数据收集过程中的扫描设施 不同芯片间的差异 实验条件差异
四、聚类算法
（一）层次聚类
层次聚类算法将研究对象按照它们的相似性关系用 树形图进行呈现，进行层次聚类时不需要预先设定 类别个数，树状的聚类结构可以展示嵌套式的类别 关系。
在对含非单独对象的类进行合并或分裂时，常用的 类间度量方法。
类间相似性度量方法
2000年Alizadeh 等运用基因芯片 数据，基于层次 聚类算法证实了 DLBCL肿瘤病人 在mRNA层面确 实存在两种亚型
第一步：导入芯片数据
使用“import data”下的“General Format Importer”导入基因芯片数据，数据间用Tab键分隔 （或使用Excell文件），也可使用“Data Import Wizard”进行导入 。
导入芯片数据
第二步：选择文件类型
每张芯片用单独的文件存储,多个文件保存在一个文 件夹
疾病相关基因表达数据库
数据库名称
数据库内容
GENT
肿瘤组织与正常组织的表达数据
ParkDB
帕金森病的基因表达数据库
cMAP
小分子化合物对人细胞基因表达的影响
Anticancer drug gene 抗癌化合物的基因表达数据 expression database
CGED
癌症基因表达数据库（包括临床信息）
大规模基因组测序中的信息分析ppt课件

大规模基因组测序中的信息分析ppt课件


sequences
sequence Dg
Dg
D m
Dm
EX 1.904 0.103 1.664 0.230
RE 1.953 0.072 1.773 0.274
IN 1.711 0.147 1.591 0.216
RI 1.935 0.134 1.668 0.309
DgandD mare average ofD m and of eaDcg h class of sequences,
•In case of biletter,the expression of IC is:
I C ( 1 6 4 S T P ) j kb j k( b j k 1 ) R
I L
I P
j=0,1,...,L-1; k=AA,AC,AG,AT,CA,CC,...TG,TT
N 0
N R 2
0
N N 0
1
N 0 N
R 2
R 2 , ( 1 N N )
N N 0
N N 1 i 0
i,i N
0
0
D is the fractal dimension and there exists self-similarity in this range of the nucleotide sequence.
•In case of mono-letter,the expressing of coincident index IC of DNA sequence is:
I C ( 1 6 4 S T P ) j kb jk( b jk 1 ) R
I L
I P
j=0,1,...,L-1; k=A,C,G,T. R=4 2 5 (25 1)=24 00
转录组高通量测序转录组数据分析差异表达基因分析 PPT

转录组高通量测序转录组数据分析差异表达基因分析 PPT

现象（如转录衰减）以外，转录组反映的是特定条件下活跃表达 的基因
3
➢ 转录组的研究可以提供什么条件下什么基因表达什么信息，从而 推断相应未知基因的功能，揭示特定调节基因的作用机制
➢ 对转录本的定量可以了解特定基因的活性和表达量，用于疾病的 诊断和治疗
➢ 通过对转录组的研究，也让个性化医疗的目标，从共性转移到个 性，成为可能
11
(2)RNA 聚合酶II负责蛋白质编码基因和调控非编码RNA的转录，在 真核生物的不同生理和病理状态下表达量被严格调控，一直吸引着 各生命科学研究领域的重点关注，无比幸运的是，由RNA聚合酶II 生成的转录的末端均含有3’端多聚腺苷尾【3’poly（A）tail】。 转录组测序一般是对用多聚胸腺嘧啶（oligo-dT）进行亲和纯化的 RNA聚合酶II转录生成的成熟mRNA和ncRNA进行高通量测序。这 样的数据有效排除了看家非编码RNA的干扰，可以通过一次测序获 得一种细胞内几乎所有重要基因的表达参数。
1.4转录组测序
➢ （1）RNA聚合酶I和III负责种类稀少、功能重要的看家非编码 RNA基因的转录，包括rRNA，tRNA，snoRNA，snRNA等。由这 两类RNA聚合酶转录的非编码RNA属于看家RNA，在各种生理和 病理状态下都被高水平转录，转录产物占细胞内RNA总量的95% 以上，不是生命科学研究前沿领域的主要关注对象
4
1.3转录组研究的技术
主要包括如下三种：
➢1）基于杂交技术的微阵列技术； ➢2）基于Sanger测序法的SAGE (serial analysis of gene expression) 和 MPSS(multiple parallel signature sequencing)； ➢3）基于新一代高通量测序技术的转录组测序。

《基因芯片技术》利用基因芯片进行差异表达基因分析解读PPT共64页

42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
《基因芯片技术》利用 基因芯片进行差异表达
基因分析解读
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
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基因芯片分析
• 生物芯片是指采用光导原位合成或微量点样等方法，将大量 生物大分子，如核酸片段、多肽分子甚至组织切片、细胞等 生物样品有序地固化于支持物（玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝 胶、尼龙膜等载体）的表面，组成密集的二维分子排列的陈 列，然后与标记的待测生物样品靶分子杂交，通过激光共聚 焦扫描或电荷偶联摄影像机（CCD）对杂交信号的强度进行快 速、并行、高效的检测分析，从而判断样品中靶分子的数量
month
alu repeat dbsts chromosome wgs env nt
在最近30天内发表的所有新的或改进的 GenBank+EMBL+DDBJ+PDB序列
从REPBASE选择Alu重复序列，用来遮蔽查询序列中 Alu重 复序列 GenBank+EMBL+DDBJ STS部门的序列标签位点数据库 完整的基因组 整个基因组鸟枪序列集 环境样品序列
G ： gene信息，其中包含基因名称、来源、gene ID等信息
： U unigene，非冗余基因信息
•
： E Entrez GEO，Gene Express Omnibus基因表达信息集
• Identities：表示两条序列的相似性，分子为相同的碱基数目，分 母为总的碱基匹配数目 • Gaps：为两条序列比对中的空位，分子为空位的数目，分母为总 的碱基匹配数目 • Query：代表提交的序列，Sbjct序列为数据库中的序列，相同碱 基用竖线标出，空位以短横线“ substractive hybridizzation ，SSH • SSH技术的主要优点 • 假阳性率低：采用连接接头、两步差减杂交、两轮抑 制PCR，保证了较高的特异性 • 高敏感性：cDNA经RsaⅠ酶切后产生多个片段，通过 均等化和目标片段的富集，降低了低丰度表达的cDNA 被检出的可能 • 检测效率高：可以同时分离出成百个差异表达基因
refeq rna refeq genomic eat est est est human mouse others
Blastn程序数据库选择参数说明
参数 gss htgs pat pdb 功能 基因组概览序列，包括单向（single-pass）基因组数据、外 显子捕获序列和Alu PCR序列 高通量基因组序列 GenBank中已申请专利的核苷酸序列 从三维结构中推导出的序列
序列比对与基因注释
Blastn程序数据库选择参数说明
参数
nr
功能
所有非冗余序列 （GenBank+EMBL+DDBJ+PDB）(但不含 EST、STS、GSS、HTGS序列) NCBI参考序列项目中的mRNA序列 NCBI参考序列项目中的基因组序列 表达序列标签数据库 人类表达序列标签数据库 老鼠表达序列标签数据库 其他物种表达序列标签数据库
Blastn比对结果分析
• 颜色表示
• 红色代表相似序列长度大于200bp • 粉色代表相似序列长度在80~200bp之间
• 绿色代表相似序列长度在50~80bp之间
• 蓝色代表相似序列长度在40~50bp之间 • 黑色代表相似序列长度<40bp
Blastn比对结果分析
• gi号：GenBank中该基因的代号 • Score：分值，序列相似性越高，分值越大 • E Value：E值，序列相似性越高，E值越低 • •
• SSH技术运用二级动力学原理
• 丰度高的单链DNA在退火时产生同源杂交的速度快于丰度 低的单链DNA，从而使原来在丰度上有差别的单链DNA相对 含量达到基本一致 • 利用链内退火优于链间退火的特点，使非目的序列片段两 端的反向重复序列在退火时产生类似发夹的互补结构，无 法作为模板与引物配对从而选择性地抑制了非目的基因片 段的扩增
• 抑制PCR
正向、反向SSH
cDNA末端快速扩增
Rapid Amplification of cDNA End（RACE） 以获得全长的cDNA片段
特异基因的序列测定
• 荧光染料标记末端循环测序（dye terminator cycle sequencing）
• 由原始的双脱氧链终止法改进 • 四种双脱氧末端-ddG,ddA,ddT,ddC分别用两类染料标 记—作为供体的荧光素和作为受体染料的四种不同的 荧光染料 • 测序仪中使用波长为488nm的氩离子激光作为光源， 荧光素从入射激光吸收能量并将其传送到相同分子末 端上的荧光染料受体上 • 每一个受体染料以其特定的波长发光而被检测，识别 DNA片段终止范围内的核苷酸
• 芯片制作、芯片杂交扫描、芯片数据分析
谢谢聆听
THANK YOU FOR YOUR ATTENTION
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大规模基因差异表达分析
主讲：XX XX
凡大医治病，必当安神
定志，无欲无求，先发大慈恻 隐之心，誓愿普救含灵之苦。
- - 孙思邈
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开始上课！
对照样品 提处理样本构建抑制消减测序、比对去除 冗余后点制芯片
反SH技术需要较多的起始材料且更多地依赖于PCR技 术，若mRNA量不够，则低丰度的差异表达基因可能 检测不到
• 消减库中的cDNA经RsaⅠ酶切后，不再是全长cDNA
• 不能同时比较数个材料，不能有效地检测材料之间