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SNP分型技术(一)

SNP分型技术(一)

作者: Yizhe_Lin | 来源:发表于2022-06-10 10:19 被阅读0次

    一、寡核苷酸杂交分析(oligonucleotide hybridization analysis)

    寡核苷酸是在是试管中合成的通常小于50bp的短的单链DNA分子。在适当条件下,一个寡核苷酸只有在与另一个DNA分子形成完全的碱基配对结构时,才能与其发生杂交。如果有一个碱基错配,则不能杂交。所谓适当条件是指控制反应温度恰好在寡核苷酸解链温度(Tm, melting temperature)下,其中15-30个核苷酸组成的寡核苷酸的Tm的粗略公式为Tm=4×(G+C)+2¬×(A+T)℃。

    (一)DNA芯片(DNA chip)技术

    应用面积为2.0cm2或更小的玻璃或硅质晶片,在上面高密度地排列着许多寡核苷酸。将待测DNA用荧光标记物标记,点到芯片表面。杂交完毕后,洗脱未经杂交的待测DNA。用荧光显微镜检测,发出荧光信号的位置表明寡核苷酸与待测DNA杂交。经过一轮检测便能确定出许多SNP。

    根据寡核苷酸在晶片上的排列密度,又分为微阵列(microarray)与DNA芯片(DNA chip)两种类型。

    微阵列是将合成的寡核苷酸点在显微镜的玻璃载玻片上或尼龙膜上,这种方法只能获得相对较低的密度,典型的是6400个点(18mm×18mm的面积内形成80×80的阵列),这对于SNP分型所需的高通量分析还远远不够。DNA芯片是真正的高密度阵列,它是在玻璃或硅片表面直接原位合成寡核苷酸的。能达到每平方厘米300000个核苷酸的密度,所以,用于SNP筛选,若针对每个SNP两个等位基因的寡核苷酸,一次实验就可以完成150000个多态性的分型。

    芯片与微阵列的使用并不复杂。芯片与阵列与标记的靶DNA温浴(Tm)杂交,通过扫描阵列表面并记录发出标记信号的位置即可确定与靶DNA杂交的寡核苷酸。放射性标记可以用于低密度微阵列,信号可以通过磷光成像(phosphorimaging)检测到。芯片则应使用荧光标记,因为磷光成像分辨率不足,荧光标记常用荧光共聚焦显微镜来检测。

    以上过程留有两个需要明确的问题。

    第一关于寡核苷酸的制备。无论微阵列利用外部合成还是芯片的原位合成,一种通用的方法是人工合成寡核苷酸。该方法是将核苷酸依次加到正在延伸的寡核苷酸的末端,序列由加入混合物中的核苷酸底物的顺序决定。如果不加处理的直接释放,寡核苷酸在芯片上任意点位均可加上,造成序列的非特异性。因此使用经修饰的核苷酸底物,这种底物必须经过光激活才能被连接在延伸寡核苷酸末端。定位则采用光沉积法(photolithography),即各点位的光脉冲指导核苷酸依次加到特定寡核苷酸末端。这样便能逐一设计出每个含有SNP互补的寡核苷酸。此外一般的寡核苷酸制备还可利用cDNA、限制片段、小卫星、微卫星、PCR扩增的短DNA分子等。

    第二关于靶DNA。靶DNA通常是目的材料的片段序列,克隆后,加标记,点在芯片或微阵列上。可同时观察多点位的SNP。

    (二)液相杂交技术(solution hybridization technique)

    该技术在微量滴定板的孔中进行,每个孔中含有一种不同的寡核苷酸,用一种可以区分未杂交的单链DNA和待测DNA与寡核苷酸杂交的双链产物检测系统进行检测。其中一种方法是利用一对由一种荧光染料和某种靠近染料时可使荧光淬灭的复合物组成的标签,荧光染料与寡核苷酸的一个末端相连,由此使淬灭复合物与另一端相连,设计的寡核苷酸的两个末端可以形成碱基配对,由此使淬灭复合物与染料相邻,因此通常情况下没有荧光。寡核苷酸和待测DNA的杂交破坏了这种碱基配对,使淬灭复合物院里荧光染料,所以可以发出荧光。

    二、寡核苷酸连接分析(oligonucleotide ligation assay, OLA)

    使用两个在紧邻位置退火的寡核苷酸,其中一个寡核苷酸的3’端恰好位于SNP位点,如果摸个版本的SNP存在于DNA模板中,该寡核苷酸与之完全配对,则能促使邻接的片段相连,反之,无法连接。通过毛细管电泳可检测反应后的混合物。

    三、耐扩增突变系统(amplification refractory mutation system)或称ARMS测试

    设计一个3’端恰好位于SNP的引物,如果测试的引物与SNP退火,那么就可以通过Taq酶来延伸,从而发生PCR反应。通过电泳检测产物。


    意义:SNP分型技术无需对群体的所有个体测序,即可找出特定区域的SNP。例如研究某物种种群间、个体间的遗传多样性,可先对任意样品测序,其余样品无需重复测序,即可通过SNP分型技术找到差异性位点。且SNP再突变的概率极低,突变了的SNP又极保守,使其有利于研究种间、种内物种的亲缘关系问题。此方法极大提高了差异基因的筛选效率,能有效降低成本,特别针对大批量样品时。


    参考文献
    [1] T. A. 布朗. 基因组3[M]. 第一版. 北京: 科学出版社, 2009.

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