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      首頁 / 農(nóng)業(yè)育種 / 產(chǎn)品應用詳情

      第三代分子標記SNP在不同領域的應用

      基因檢測的目的是鑒定在基因組上對疾病或復雜性狀起作用的特殊因子,這種因子通常屬于堿基水平的變異,同時能穩(wěn)定遺傳給下一代,久而久之成為了不同人群的“遺傳標志物”。在基因組學中,這種標志物被稱為“DNA分子標記”,它們在人類基因組中數(shù)量頻密且功能特異。SNP作為第三代分子標記,被廣泛應用于疾病診斷和治療、法醫(yī)物證檢驗以及動植物育種等眾多領域。上一篇文章(不同SNP檢測技術的原理—ARMS、KASP、TaqMan、分子信標及HRM)我們介紹了SNP分型檢測的幾種常用方法及其原理,今天我們就來了解一下SNP的特點及基因分型在不同領域的應用情況吧!

       

       
      SNP的特點
      01
      分布廣、數(shù)量多

      SNP是人類可遺傳變異中最常見的一種,占所有已知多態(tài)性的90%以上。平均每五百到一千個堿基對就存在一個SNP位點,估計其總數(shù)可達300萬個甚至更多。

      02
      富有代表性

      當SNP發(fā)生在基因編碼區(qū)或基因的調(diào)節(jié)區(qū)域時,有可能直接影響蛋白結構或者基因表達,它們可能是疾病遺傳機理中的某些作用因素,且遺傳穩(wěn)定性高。

      03
      易于分析

      SNP所表現(xiàn)的多態(tài)性只涉及到單個堿基的變異,這種變異可由單個堿基的轉換或顛換所引起,也可由堿基的插入或缺失所致,所以一般認為SNP是二態(tài)性,從而有利于其進行基因分型,而且可實現(xiàn)自動化。

       

       

       
      SNP應用領域

       

       
      1、腫瘤伴隨診斷
       

      伴隨診斷(CDx)主要通過檢測人體內(nèi)特異性蛋白或變異基因,結合藥物對在人體內(nèi)的代謝特點或作用靶點,幫助醫(yī)生評估某種藥物對患者的功效和安全性,對癥下藥,根據(jù)腫瘤患者特質,使用靶向藥進行精準治療。

       

      腫瘤伴隨診斷作為伴隨診斷領域最熱門的細分賽道之一,新產(chǎn)品及新技術層出不窮。腫瘤的根源可以歸結為腫瘤細胞的持續(xù)生長,相比正常細胞,其最重要的不同是產(chǎn)生了驅使腫瘤發(fā)生的突變基因。國內(nèi)目前常見的腫瘤伴隨診斷相關的基因有12個:ALK、EGFR、KRAS、BRAF、PIK3CA、ROS1、HER2、MET、NRAS、RET、BRCA1、BRCA2,共計130+款獲證產(chǎn)品。主要集中在肺癌、結直腸癌、乳腺癌等大癌種領域,以肺癌為例,EGFR基因突變是最常見的,EGFR 的熱點敏感突變包括 19 號外顯子缺失突變(19del)及 21號外顯子 L858R點突變 ,其他如 20 號外顯子 S768I 點突變亦為已知敏感突變。

       

      從技術角度分析,CDx可采用分子診斷、免疫組學、核磁共振等技術,其中分子診斷是CDx的核心技術,目前已獲證試劑盒情況來看,主要檢測方法為熒光PCR法、熒光原位雜交、測序法等。

       

       
      2、藥物基因組學
       

      藥物基因組學通過研究與藥物反應相關的基因變異、RNA及蛋白質特征,尋找與藥物反應個體差異相關的基因多態(tài)性,闡明決定藥物反應個體差異的根本機制,為臨床基因導向個體化治療提供理論依據(jù),實現(xiàn)個性化用藥。如維生素k氧化還原酶是抗凝藥物華法林的作用靶點。維生素K環(huán)氧化物還原酶復合物 1的編碼基因VKORC1的遺傳變異可通過影響VKORC1表達,從而影響華法林的敏感性。位于該基因啟動子區(qū)(-1639 G>A)的單核苷酸突變 rs9923231可影響VKORC1的表達,是導致華法林用藥劑量個體差異的主要原因之一。

       

      《藥物代謝酶和藥物作用靶點基因檢測技術指南》里面推薦的檢測方法包括PCR-直接測序法、PCR-焦磷酸測序法、熒光定量PCR法、 PCR-基因芯片法、PCR-電泳分析、PCR-高分辨率熔解曲線法、等位基因特異性PCR法、 PCR-限制性片段長度多態(tài)性方法、原位雜交(FISH)等多種方法。從目前已獲證試劑盒情況來看,主流檢測方法為PCR熒光探針法、熒光PCR熔解曲線法等。

       

       
      3、遺傳病檢測
       

      許多遺傳病是由點突變或者堿基片段插入缺失導致。研究數(shù)據(jù)表明,我國目前出生缺陷率為5.6%,約有22.2%的出生缺陷患兒是由單基因遺傳病導致,綜合發(fā)病率高達1/100,如臨床中常見的地中海貧血、先天性耳聾、白化病、苯丙酮尿癥、家族性遺傳性腎炎、色盲、血友病等。

       

      現(xiàn)有的出生缺陷防控體系可通過超聲等影像學手段篩查胎兒結構畸形、通過NIPT等技術篩查染色體異常。但是單基因遺傳病由于在胎兒發(fā)育期常常不表現(xiàn)出結構畸形,影像學檢查亦不易發(fā)現(xiàn)。因此,在孕早期或是備孕期進行常見的單基因遺傳病調(diào)控基因的檢查,進而實施有效的妊娠風險評估與產(chǎn)前診斷,具有重要意義。

       

      以地中海貧血為例,地中海貧血是一種單基因隱性遺傳病,是最常見的家族遺傳性疾病之一,輕型表現(xiàn)為貧血、脾大等,重型可導致妊娠婦女胎兒死亡、出生后死亡等。根據(jù)血紅蛋白中珠蛋白肽鏈受損的不同,地貧主要分為α地貧和β地貧兩類。目前地中海貧血基因檢測已獲證試劑盒30+個,以PCR技術為主,主流檢測方法為Gap-PCR法、PCR+導流雜交法、熒光PCR溶解曲線法、PCR-熒光探針法等。

       

       
      4、法醫(yī)SNP分型
       

      SNP由于其分布密度高、穩(wěn)定遺傳等特點,適用于人類起源、進化、遷移的研究,也非常適用于法醫(yī)個體識別和親權鑒定,通過檢測這些遺傳標記可以獲得更多的物證信息,為偵破案件提供幫助。

       

      司法鑒定技術規(guī)范SF/Z JD0105003-2005《法醫(yī)SNP分型與應用規(guī)范》指出SNP分型結果可用于補充個人識別鑒定及輔助親緣關系鑒定。由于STR片段長度相對較短,片段的退火溫度較為相似,便于實現(xiàn)多位點多重擴增,并可實現(xiàn)全自動化,當前的大型DNA數(shù)據(jù)庫都是采用STR技術建立起來的,所以STR檢測技術仍是目前法醫(yī)DNA檢測應用最為廣泛的技術,SNP分型結果主要作為STR結果的補充。

       

       
      5、動物方向的應用
       

      我國畜禽品種資源非常豐富,但本土種質資源的開發(fā)利用率一直偏低。因此,開展遺傳資源基因組水平上的開發(fā)和利用是現(xiàn)代畜禽遺傳改良的重要方向之一?;趩魏塑账岫鄳B(tài)性(SNP)的基因分型應用,在商業(yè)化家畜繁育中的重要性正在日益突顯,其在功能基因的檢測、分子標記輔助選擇及遺傳多樣性分析等方面發(fā)揮著重大作用。

       

      由于過低的SNP密度會影響性狀關聯(lián)標記的挖掘效率,所以目前在畜禽育種領域,50K以上的中高密度SNP基因芯片應用較為廣泛,主要由Illumina公司的Infinium芯片技術平臺和Thermo Fisher公司的Axiom芯片技術平臺定制生產(chǎn)。同時國內(nèi)也涌現(xiàn)出了一批院企聯(lián)合開發(fā)的芯片成果,如牧醫(yī)所與康普森等企業(yè)聯(lián)合開發(fā)的國內(nèi)首款自主研發(fā)的肉雞基因組育種芯片“京芯一號”,打破了國外壟斷,推動國內(nèi)首批自主培育白羽肉雞品種之一“廣明2號”的誕生。

       

      隨著測序技術的迅猛發(fā)展和測序成本的超摩爾速度降低,基于二代測序的SNP分型技術在畜禽分子育種領域應用與日俱增。如簡化基因組測序分型技術已經(jīng)廣泛應用于牛、豬、羊、雞、鴨等畜禽物種研究中,其中GBS (genotyping by sequencing)分型技術已經(jīng)被廣東溫氏公司應用于杜洛克豬群體的基因組選擇育種研究,并取得了較為顯著的遺傳進展。

       

      在動物方向的應用,涉及到的樣本量大、SNP密度高,育種專家主要是借助基因組單核苷酸標記(SNP)芯片,通過全基因組關聯(lián)研究(GWAS),進而識別與復雜性狀和常見疾病關聯(lián)的遺傳標記,促進畜禽遺傳改良。

       

       
      6、作物方向的應用
       

      隨著時代的發(fā)展,豐富的分子標記不斷被發(fā)現(xiàn),先后出現(xiàn)了以RFLP,SSR,SNP為代表的三代DNA分子標記。其中簡單重復序列(SSR,也被稱為微衛(wèi)星)和單核苷酸多態(tài)性(SNPs)已成為用于研究生物群體中的遺傳變異最常用的分子標記,被廣泛應用于種質資源遺傳多樣性分析、目標性狀基因的標記與定位、抗性育種、作物品種純度鑒定及品質鑒定等方面。

       

      像玉米、小麥、稻等主要經(jīng)濟作物都有相關國標推薦的標記物檢測方法,如GB/T 39914-2021《主要農(nóng)作物品種真實性和純度SSR分子標記檢測 玉米》,目前國內(nèi)植物育種技術,電泳檢測仍然為主流技術。

       

      SNP作為新一代分子標記物,在作物領域的應用也日漸增加。由于測序成本的大幅降低,基因芯片結合基因測序應用也越來越廣泛,生物育種基因芯片利用國際前沿的功能基因組研究成果,挖掘水稻、油菜里海量的全基因組序列,在幾百萬個遺傳標記中篩選出與抗病、抗蟲、抗旱、高肥效、優(yōu)質、高產(chǎn)等密切相關的分子標記,經(jīng)過反復研究和驗證決選出有代表性的、能夠精準檢測的單堿基多態(tài)性(SNP)標記,助力分子育種。這些少量的SNP可以在大量樣本中進行檢測,通常采用的技術如英國LGC(政府化學家實驗室)公司的KASP技術,由于其高性價比及可搭配成套自動化設備,在作物育種領域發(fā)揮著越來越重要的作用。

       

      目前也有一些國內(nèi)廠家在開發(fā)相應的基因分型自動化設備,如瀚辰光翼的GeneMatrix系統(tǒng)是目前國內(nèi)第一款擁有自主知識產(chǎn)權的高通量基因分型系統(tǒng),四川杰萊美自主開發(fā)的QX 基因分型系統(tǒng)適用于KASP擴增等。這些自動化設備的出現(xiàn),也必將使得SNP分型在作物領域的應用越來越廣泛。

       

       

       
      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分型檢測通用原料,已被下游廠家應用于腫瘤伴隨診斷、藥物基因組學、遺傳病檢測、疾病易感性研究等多個領域。

       

       

       

       
      原料選擇指南

       

      產(chǎn)品名稱

      貨號

      備注

      2×Hieff Unicon® TaqMan SNP Genotyping Master Mix

      13152ES

      TaqMan探針法

      2×Hieff® Blood Direct TaqMan qPCR Master Mix(Low ROX)

      13095ES

       

      2×Hieff Unicon® Multiplex ARMS qPCR Mix

      13755ES

      ARMS-PCR法

      2×Hieff Unicon® Multiplex ARMS qPCR Kit

      13229ES

       

      Hieff UNICON® HotStart Super Specific Taq DNA Polymerase

      14318ES

      單酶

      10×Taq PCR Buffer(with MgCl2)

      11373ES

      通用Buffer

      400-6111-883