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干貨分享 | SNP研究中,，你一定遇到過這些問題，附解答,！

2023-8-23　　閱讀(380)

干貨分享 | SNP研究中,，你一定遇到過這些問題，附解答,！

SNP作為第三代分子標(biāo)記,，其應(yīng)用非常廣泛，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中,，可以進(jìn)行性狀基因的精細(xì)定位,、分子輔助育種、種子資源鑒定等,；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中,，可用于疾病的分子遺傳機(jī)制研究、疾病基因定位,、藥物敏感或疾病易感性位點(diǎn)篩選等,，生命科學(xué)研究的方方面面，都與之相關(guān),。

SNP的研究主要分為SNP的發(fā)現(xiàn)及SNP的基因分型,。SNP的發(fā)現(xiàn)是應(yīng)用的基礎(chǔ)，而SNP的基因分型是應(yīng)用的技術(shù)手段。新SNP通常是基于測(cè)序技術(shù),，利用已有數(shù)據(jù)庫(kù),，對(duì)多個(gè)樣本進(jìn)行重測(cè)序發(fā)現(xiàn)的，但需要進(jìn)行其他方法的驗(yàn)證,；而已知SNP的基因分型可以通過芯片技術(shù)來(lái)篩選與表型相關(guān)的SNP,，從中優(yōu)選出多態(tài)性高，均勻分布的少量SNP,，這些少量的SNP可以在大量樣本中進(jìn)行檢測(cè),，根據(jù)樣本情況、SNP數(shù)量,、試驗(yàn)設(shè)計(jì)等選擇合適的方法學(xué),。

前段時(shí)間，小編和大家一起了解了SNP分型檢測(cè)的幾種常用方法,、原理以及在不同領(lǐng)域的應(yīng)用情況等,，近期小編也收集到部分小伙伴關(guān)于SNP的問題，整理如下,，方便大家進(jìn)一步對(duì)一些細(xì)節(jié)性問題進(jìn)行了解哦,。

PART 01

什么是DNA的多態(tài)性

想了解SNP就得先了解什么是DNA的多態(tài)性。人與人之間絕大部分的DNA序列是一樣的,，DNA的多態(tài)性是指正常人群中,，DNA分子或基因的某些位點(diǎn)可以發(fā)生改變，使DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)各不相同,，但并不影響基因的表達(dá),，形成多態(tài)；DNA的多態(tài)性可以看作是在分子水平上的個(gè)體區(qū)別的遺傳標(biāo)志,。

DNA多態(tài)性主要表現(xiàn)為反應(yīng)限制性酶切位點(diǎn)變化的限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLP）,、反應(yīng)重復(fù)單位拷貝數(shù)差異的串聯(lián)重復(fù)序列多態(tài)性，以及反應(yīng)點(diǎn)突變的單核苷酸多態(tài)性（SNP）等,。

PART 02

為什么說SNP是二等位基因系統(tǒng),，而不像RFLP和SSR是多等位基因系統(tǒng)？

單核苷酸多態(tài)性（Single Nucleotide Polymorphisms,，SNP）主要是指在基因組水平上由單個(gè)核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性,，即在群體中，基因組內(nèi)特定核苷酸位置上存在兩種不同的核苷酸,，并且其出現(xiàn)的頻率大于1%,。SNP所表現(xiàn)的多態(tài)性只涉及到單個(gè)堿基的變異，這種變異可由單個(gè)堿基的轉(zhuǎn)換（transition嘧啶和嘧啶之間或者嘌呤和嘌呤之間的交換）或顛換（transversion嘧啶和嘌呤之間的交換）所引起,，也可由堿基的插入或缺失所致,。SNP 在CG 序列上出現(xiàn)較為頻繁,，由于CG 中C 即胞嘧啶常被甲基化，自發(fā)脫氨后即變?yōu)樾叵汆奏,，因此大多數(shù)情況下,，都是發(fā)生的C→T的轉(zhuǎn)換，而變成A和G的概率很小,，所以一般認(rèn)為SNP是二等位的,，或者是二態(tài)性，即一個(gè)堿基只會(huì)突變?yōu)榱硪环N堿基,，而不會(huì)同時(shí)突變?yōu)榱硗舛喾N堿基,。由于SNP的二態(tài)性，非此即彼,，在基因組篩選中SNPs只需要＋／－的分析,，而不用分析片段的長(zhǎng)度，也讓其應(yīng)用更為廣泛,。

PART 03

SNP與點(diǎn)突變有什么區(qū)別,？

SNP是單堿基多態(tài)性，是一個(gè)群體概念,，這個(gè)差異占群體的1%以上,。若germline mutation頻率<1%，則認(rèn)為是一個(gè)點(diǎn)突變,。SNP是各種生物都有的,，通過同源基因比對(duì)獲得的，一般不會(huì)發(fā)生變化,，而點(diǎn)突變只對(duì)單一基因而言,，所以從數(shù)量上SNP比點(diǎn)突變多得多。如果突變發(fā)生在生殖細(xì)胞,，則可以遺傳，但是只要這個(gè)突變?nèi)簺]有達(dá)到總?cè)后w的1%,，它就只有一個(gè)突變株/系,，達(dá)到了1%就是多態(tài)性了。

PART 04

SNV和SNP的區(qū)別,？

SNV,，即單核苷酸位點(diǎn)變異（single nucleotide variants），SNP,，即單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism),，這兩個(gè)概念都是指單核苷酸的改變，只不過SNP一般是二態(tài)的,，而SNV沒有這樣的限制,。另外,，如果只是在病人體內(nèi)檢測(cè)到單個(gè)核苷酸的變異，而其在人群中出現(xiàn)的頻率未知,，則可看作SNV,。

PART 05

常見的分子標(biāo)記有哪幾種？

分子標(biāo)記（Molecular Markers）是以個(gè)體間遺傳物質(zhì)即核苷酸序列變異為基礎(chǔ)的遺傳標(biāo)記,，是DNA水平遺傳多態(tài)性的直接反映,。根據(jù)分子標(biāo)記檢測(cè)的原理、技術(shù)手段以及通量效率,，一般將分子標(biāo)記分為三大類,，分別是基于分子雜交技術(shù)的第一代分子標(biāo)記、基于PCR技術(shù)的第二代分子標(biāo)記以及基于測(cè)序技術(shù)的第三代分子標(biāo)記,。不同的分子標(biāo)記技術(shù)如圖1 所示,。

圖1.不同的分子標(biāo)記技術(shù)

以分子雜交為核心內(nèi)容的技術(shù)

最典型的代表類型如限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLP），是以Southern雜交為核心設(shè)計(jì),。限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性是指同種生物不同個(gè)體間DNA 序列產(chǎn)生差異,，形成可被限制性內(nèi)切酶識(shí)別的序列進(jìn)而可被消化，被消化后的產(chǎn)物由于長(zhǎng)度不同可通過電泳進(jìn)行分型,，RFLP操作簡(jiǎn)單,、成本低廉，從而使RFLP被選為人類基因組計(jì)劃的第一代遺傳標(biāo)記,，用于基因圖譜繪制,、DNA指紋分析、疾病易感性分析,、基因診斷,、親權(quán)鑒定等。

以PCR 為核心的分子標(biāo)記技術(shù)

包括隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA（random amplified polymorphic DNAs,，RAPD）,，擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性（Amplified Fragment Length Polymorphism，AFLP）,、簡(jiǎn)單序列重復(fù)標(biāo)記（SSR）等,，也有學(xué)者僅將微衛(wèi)星作為第二代分子標(biāo)記代表，即短串聯(lián)重復(fù)序列（STR）或簡(jiǎn)單重復(fù)序列（SSR）,，一般由2-6個(gè)核苷酸組成,，是廣泛分布在真核生物基因組中的簡(jiǎn)單重復(fù)序列。它具有多態(tài)性高,、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn),，因此是一種十分理想的分子標(biāo)記，在遺傳圖譜構(gòu)建,、數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL）定位,、標(biāo)記輔助選擇,、遺傳檢測(cè)等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用價(jià)值。

第三代分子標(biāo)記是基于核酸序列開發(fā)

隨著DNA測(cè)序技術(shù)的發(fā)展,，以單核苷酸多態(tài)性（SNP）為代表的第三代分子標(biāo)記迅速發(fā)展成為主流,，SNP在所有生物的基因組中含量豐富，突變率較低,，且獲取的成本低,，因此被廣泛用于遺傳多樣性、系統(tǒng)發(fā)育分析和遺傳和疾病相關(guān)基因的研究中,。

第1-3代分子標(biāo)記中幾種代表性的標(biāo)記類型的特點(diǎn)如表1所示,。

表1.第1-3代標(biāo)記中幾種代表性的DNA分子標(biāo)記的特點(diǎn)

PART 06

優(yōu)良的分子標(biāo)記需要具備哪些特點(diǎn)？

理想的分子標(biāo)記必須滿足以下幾個(gè)要求：

具有高的多態(tài)性,，較高的多態(tài)水平和樣本量,，有利于在試驗(yàn)中檢測(cè)出個(gè)體間的差異，差異性越大,，越能體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)基因和優(yōu)勢(shì)基因型,；
共顯性遺傳，即利用分子標(biāo)記可鑒別二倍體中雜合和純合基因型,；
除特殊位點(diǎn)的標(biāo)記外,，要求分子標(biāo)記均勻分布于整個(gè)基因組；
容易獲得且可快速分析,，檢測(cè)手段便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,；
開發(fā)成本和使用成本盡量低廉；
在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)和實(shí)驗(yàn)室間重復(fù)性好（便于數(shù)據(jù)交換）,。

PART 07

SNP在基因組內(nèi)的形式有哪些,，都會(huì)對(duì)生物表型有影響嗎？

在基因組DNA中,，任何堿基均有可能發(fā)生變異,，因此SNP既有可能在基因序列內(nèi)，也有可能在基因以外的非編碼序列上,?？偟膩?lái)說，有三類：位于基因周邊的SNPs(pSNPs),，位于基因間的SNPs(iSNPs)，以及位于編碼區(qū)內(nèi)的SNP(codingSNP,，cSNP),。

位于編碼區(qū)內(nèi)的SNP（cSNP）比較少，但由于它發(fā)生在編碼區(qū)內(nèi),，在遺傳性疾病研究中具有重要意義,，因此cSNP的研究更受關(guān)注,。從對(duì)生物的遺傳性狀的影響上來(lái)看，cSNP又可分為2種：一種是同義cSNP(synonymous cSNP),，即SNP所致的編碼序列的改變并不影響其所翻譯的蛋白質(zhì)的氨基酸序列,，突變堿基與未突變堿基的含義相同；另一種是非同義cSNP（non-synonymous cSNP）,，指堿基序列的改變可使以其為藍(lán)本翻譯的蛋白質(zhì)序列發(fā)生改變,，從而影響了蛋白質(zhì)的功能。這種改變常是導(dǎo)致生物性狀改變的直接原因,。cSNP中約有一半為非同義cSNP,。

位于非編碼區(qū)域的SNP又可細(xì)分為兩類，內(nèi)含子中SNP對(duì)個(gè)基因功能的影響相對(duì)較小,，主要依靠影響剪切位點(diǎn)活性來(lái)影響翻譯,，從而基因功能。而基因調(diào)控區(qū)域包含啟動(dòng)子區(qū)域,、增強(qiáng)子區(qū)域等等,，這些區(qū)域含有很多基因表達(dá)調(diào)控元件，這些位點(diǎn)的SNP發(fā)生變化,，就會(huì)導(dǎo)致與調(diào)控因子的結(jié)合能力發(fā)生改變,，從而影響正常的基因表達(dá)。

PART 08

rs 和 ss 體系 SNP 的區(qū)別,？

由美國(guó)國(guó)立生物技術(shù)信息中心（national center for biotechnology information,，NCBI）建立、dbSNP 數(shù)據(jù)庫(kù)制定的 SNP 命名體系,，rs 體系的 SNP 代表已獲得認(rèn)可和推薦的參考 SNP（reference SNP）,，ss 體系的 SNP 代表用戶新遞交但尚未得到認(rèn)可的 SNP（submitted SNP）。

對(duì)于新發(fā)現(xiàn)的SNP位點(diǎn),，需要判斷這些SNP位點(diǎn)是否已知,。如果該SNP位點(diǎn)是前人報(bào)道，需要查找rs號(hào)和引用參考文獻(xiàn),，如果為新發(fā)現(xiàn)的位點(diǎn)則需要將該位點(diǎn)遞交到NCBI上,，獲得ss號(hào)。

PART 09

SNP信息分享

SNPedia是一個(gè)SNP百科全書類網(wǎng)站,，它引用已經(jīng)發(fā)布的文章或者數(shù)據(jù)庫(kù)信息,，對(duì)SNP位點(diǎn)進(jìn)行描述，共享著人類基因組變異的信息,。我們可以搜索某個(gè)SNP位點(diǎn)來(lái)尋找與之相關(guān)的信息,，也可以根據(jù)相關(guān)疾病和癥狀來(lái)尋找相關(guān)的SNP（圖2）。

圖2.SNPedia首頁(yè)

PART 10

SNP的研究思路,？

首先尋找研究相關(guān)的 SNP 位點(diǎn)

如果是單基因遺傳,，特別是罕見遺傳的疾病,，可以通過外顯子測(cè)序?qū)σ粋€(gè)家系的幾個(gè)個(gè)體進(jìn)行測(cè)序，篩選低頻突變,，隨后找到能改變蛋白功能的突變,，最后做共分離分析。
如果是多基因病或者質(zhì)量性狀定位,，那么2個(gè)方法,，一是全基因組關(guān)聯(lián)分析GWAS，用散發(fā)型個(gè)體,，進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,，不過這種方法要的樣本量比較大，一般都要好幾百至好幾千個(gè)樣本,。二是基因家系的連鎖分析,，這個(gè)主要是定位，然后在后續(xù)做一些東西,，一般用芯片或者全基因組重測(cè)序或者簡(jiǎn)化基因組測(cè)序,。
通過參考資料鎖定研究相關(guān)的基因，通過數(shù)據(jù)庫(kù)查到基因內(nèi)部的 SNP 位點(diǎn),。
查找相關(guān)的參考文獻(xiàn),，找到研究相關(guān)的 SNP 位點(diǎn)。

進(jìn)行SNP位點(diǎn)驗(yàn)證,，采用對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組的大量樣本,，驗(yàn)證目標(biāo)SNP位點(diǎn)

SNaPshot 法：基于多重PCR和ABI 3730xl 測(cè)序平臺(tái)的 SNP 分型檢測(cè)；
直接測(cè)序法：基于一代測(cè)序平臺(tái)的SNP分型檢測(cè),；
質(zhì)譜法：基于Sequenom平臺(tái)的SNP分型檢測(cè),；
Taqman探針法：基于熒光定量PCR儀平臺(tái)的SNP分型檢測(cè)，等等,。

根據(jù)已有的對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組的SNP分型結(jié)果與實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,，如與疾病的關(guān)聯(lián)分析、遺傳連鎖分析,、品種鑒定等

PART 11

ARMS PCR引物如何設(shè)計(jì),？

ARMS PCR是基于Taq DNA聚合酶無(wú)法修復(fù)引物3’末端的單個(gè)堿基錯(cuò)配，從而使得擴(kuò)增受阻的檢測(cè)方法,。該方法理論上單個(gè)堿基的錯(cuò)配即可阻礙PCR的擴(kuò)增,，但在實(shí)際檢測(cè)時(shí)，單個(gè)堿基的錯(cuò)配依然可以延伸擴(kuò)增,，只是效率較低,。

為了提高其特異性，有時(shí)需在3’末端倒數(shù)第2位或第3位堿基處引入一個(gè)錯(cuò)配堿基，該錯(cuò)配堿基與3’末端的錯(cuò)配堿基共同作用,，以降低非靶標(biāo)序列的擴(kuò)增效率。而如何設(shè)計(jì)錯(cuò)配堿基可參考如下標(biāo)準(zhǔn)（圖3）：1）當(dāng)3’末端是“強(qiáng)"錯(cuò)配時(shí)（A/G或G/T）時(shí),，可以在引物中引入一個(gè)“弱"錯(cuò)配（C/A或C/T）,；2）當(dāng)末端是“弱"錯(cuò)配時(shí)，則需要在引物中引入一個(gè)“強(qiáng)"錯(cuò)配,；3）當(dāng)末端是“中"錯(cuò)配時(shí)（A/A,，C/C，G/G,，T/T）時(shí),，可以在引物中再引入一個(gè)“中"錯(cuò)配。一般在3’末端倒數(shù)第三個(gè)堿基引入突變,，可顯著提高特異性,。

圖3.錯(cuò)配堿基情況

雖然有以上強(qiáng)弱錯(cuò)配進(jìn)行搭配的參考原則，但在實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)過程中,，小編還是建議把所有堿基錯(cuò)配類型全部嘗試一遍,，如引入錯(cuò)配位置模板為C堿基，則可考慮設(shè)計(jì)A/C,、T/C,、C/C三種錯(cuò)配進(jìn)行篩選。此外理論上,，3′端倒數(shù)第2或第3位錯(cuò)配篩選到合適引物的概率最高,，但假如這兩個(gè)位置效果都不理想，可嘗試3′端倒數(shù)第4,、5位,，甚至是倒數(shù)第7位。如果從3′端倒數(shù)第2位至倒數(shù)第7位全部篩選,，總共要篩選18條引物,，引物的條數(shù)是比較多的，但是確實(shí)位置不同可能效果也不同,，具體什么位置無(wú)法保證,，只能靠驗(yàn)證結(jié)果來(lái)決定啦。

PART 12

SNP分型原料分享

翌圣生物作為上游原料企業(yè),，在分子酶領(lǐng)域深耕多年,，目前已開發(fā)了ARMS-PCR法及TaqMan探針法的SNP分型檢測(cè)通用原料，已被下游廠家應(yīng)用于腫瘤伴隨診斷,、藥物基因組學(xué),、遺傳病檢測(cè)、疾病易感性研究等多個(gè)領(lǐng)域。

PART 13

翌圣SNP分型原料選擇指南