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基因芯片与SNP分析

标签: 基因芯片 技术 SNP 分析

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基因芯片技术作为一种新兴的生物技术,近年来得到迅速发展,其应用具有巨大的潜力。单核苷酸多态性(SNP)作为新的遗传标记对基因定位及相关疾病研究的意义亦非常重大。本文主要介绍了DNA 芯片技术的原理和分类、单核苷酸多态性检测方法及DNA 芯片技术在单核苷酸多态性检测方面的应用。

生物芯片技术是90 年代初发展起来的,集分子生物学、微电子技术、高分子化学合成技术和计算机科学等于一身的一门新型技术。目前发展的生物芯片种类繁多, 如蛋白质芯片、基因芯片、激素芯片、药物芯片等。但最初的生物芯片主要用于对DNA 的测序, 基因表达谱的鉴定及基因突变体的检测、分析等方面。迄今为止, 使用最多的也是DNA 芯片。DNA 水平遗传多态性标记至今已经历了3 个阶段:限制性酶切片段长度多态性标记(RFLP)、DNA 重复序列的多态性标记(包括小卫星、微卫星DNA 重复序列)、单核苷酸多态性标记(single nucleotide polymorphisms , SNPs)。

SNP 具有数量多,分布广泛,易于快速、规模化筛查,便于基因分型等特点。伴随着SNP 检测和分析技术的进一步发展,尤其是与DNA 芯片等技术的结合, SNPs 在基因定位中具有巨大优势和潜力, 并为DNA芯片应用于遗传作图提供了基础。由于基因芯片具有携带信息量大和检测方便的特点,使得用DNA 芯片对SNP 进行分析具有广阔的前景。DNA 芯片和SNP 分析已日益成为研究功能基因组学的工具。

1 、基因芯片

基因芯片的基本原理是应用已知的核苷酸序列作为探针与标记的靶核苷酸序列进行杂交,通过对信号的检测进行定性与定量分析。基因芯片可在一微小的基片(硅片、玻片等)表面集成大量的分子识别探针,能够在同一时间内平行分析大量基因,进行大信息量的检测分析。基因芯片应用很广, 根据所用探针类型不同分为cDNA 微阵列(或cDNA微阵列芯片) 和寡核苷酸阵列(或芯片),根据应用领域不同而制备的专用芯片如毒理学芯片(toxchip)、病毒检测芯片(如肝炎病毒检测芯片)、p53 基因检测芯片等。根据其作用可分为检测基因质和量的芯片。量的检测包括:检测mRNA 水平、病原体的有无及比较基因组基因的拷贝数,既可用寡核苷酸芯片,又可用cDNA 芯片完成,但cDNA 芯片更具优势。质的检测包括:DNA 测序及再测序、基因突变和SNP 检测等,主要用寡核苷酸芯片完成。

2 、SNP

单核苷酸多态性(SNP)是指在基因组上单个核苷酸的变异,包括置换、颠换、缺失和插入。从理论上来看每一个SNP 位点都可以有4 种不同的变异形式,但实际上发生的只有两种,即转换和颠换,二者之比为2:1。SNP 在CG序列上出现最为频繁,而且多是C转换为T ,原因是CG中的C 常为甲基化的,自发地脱氨后即成为胸腺嘧啶。一般而言,SNP 是指变异频率大于1 %的单核苷酸变异。在人类基因组中大概每1000 个碱基就有一个SNP ,人类基因组上的SNP 总量大概是3 ×106 个。

绝大多数疾病的发生与环境因素和遗传因素的综合作用有关,通常认为是在个体具有遗传易感性的基础上,环境有害因素作用而导致疾病。不同群体和个体对疾病的易感性、抵抗性以及其他生物学性状(如对药物的反应性等)有差别,其遗传学基础是人类基因组DNA 序列的变异性, 其中最常见的是SNP.易感基因的特点是基因的变异本身并不直接导致疾病的发生,而只造成机体患病的潜在危险性增加,一旦外界有害因素介入, 即可导致疾病发生。另外在药物治疗中,易感基因的变异造成药物对机体的疗效和副作用不同。

随着人类基因组计划的进展,人们愈来愈相信基因组中的SNP 有助于解释个体的表型差异、不同群体和个体对疾病,特别是对复杂疾病的易感性以及对各种药物的耐受性和对环境因子的反应。因此, 寻找和研究SNP 已成为人类基因组计划的内容和目标之一。

3 、SNP 的检测方法

SNP 的分型技术可分为两个时代,一为凝胶时代,二为高通量时代。凝胶时代的主要技术和方法包括限制性酶切片段长度多态性分析(RFLP)、寡核苷酸连接分析(OLA)、等位基因特异聚合酶链反应分析(AS2PCR)、单链构象多态性分析(SSCP)、变性梯度凝胶电泳分析(DGGE),虽然这些技术与高通量时代的技术原理大致一样,但是由于它不能进行自动化,只能进行小规模的SNP分型测试,所以必然会被淘汰。高通量时代的SNP分型技术按其技术原理可分为:特异位点杂交(ASH)、特异位点引物延伸(ASPE)、单碱基延伸(SBCE)、特异位点切割(ASC)和特异位点连接(ASL)5 种方法。此外,采用特殊的质谱法和高效液相层析法也可以大规模、快速检出SNP 或进行SNP 的初筛。近年来已经在晶体上用“光刻法”实现原位合成,直接合成高密度的可控序列寡核苷酸,使DNA 芯片法显示出强大威力,对SNP 的检测可以自动化、批量化,并已在建立SNP 图谱方面投入实际应用。DNA 芯片法有望在片刻之间评价整个人类基因组。

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