SNP及檢測技術教案資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。SNP及檢測技術1定義：單核苷酸多態(tài)性（singlenucleotidepolymorphism，SNP），主要是指在基因組水平上由單個核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性。它是人類可遺傳的變異中最常見的一種。占所有已知多態(tài)性的90%以上。SNP在人類基因組中廣泛存在，平均每5001000個堿基對中就有1個，估計其總數可達300萬個甚至更多。SNP所表現的多態(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（transition）或顛換（transversion）所引起，也可由堿基的插入或缺失所致。

2、但通常所說的SNP并不包括后兩種情況。單核苷酸多態(tài)性（SNP）是指在基因組上單個核苷酸的變異，包括置換、顛換、缺失和插入。所謂轉換是指同型堿基之間的轉換,如嘌呤與嘌呤(G2A)、嘧啶與嘧啶(T2C)間的替換;所謂顛換是指發(fā)生在嘌呤與嘧啶(A2T、A2C、C2G、G2T)之間的替換。從理論上來看每一個SNP位點都可以有4種不同的變異形式，但實際上發(fā)生的只有兩種，即轉換和顛換，二者之比為2：1。SNP在CG序列上出現最為頻繁，而且多是C轉換為T，原因是CG中的C常為甲基化的，自發(fā)地脫氨后即成為胸腺嘧啶。一般而言，SNP是指變異頻率大于1%的單核苷酸變異。在人類基因組中大概每1000個堿基就有一個S

3、NP，人類基因組上的SNP總量大概是3106個。依據排列組合原理,SNP一共可以有6種替換情況,即A/G、A/T、A/C、C/G、C/T和G/T,但事實上,轉換的發(fā)生頻率占多數,而且是C2T轉換為主,其原因是CpG的C是甲基化的,容易自發(fā)脫氨基形成胸腺嘧啶T,CpG也因此變?yōu)橥蛔儫狳c。理論上講，SNP既可能是二等位多態(tài)性，也可能是3個或4個等位多態(tài)性，但實際上，后兩者非常少見，幾乎可以忽略。因此，通常所說的SNP都是二等位多態(tài)性的。這種變異可能是轉換（CT，在其互補鏈上則為GA），也可能是顛換（CA，GT，CG，AT）。轉換的發(fā)生率總是明顯高于其它幾種變異，具有轉換型變異的SNP約占2/3，其

4、它幾種變異的發(fā)生幾率相似。Wang等的研究也證明了這一點。轉換的幾率高，可能是因為CpG二核苷酸上的胞嘧啶殘基是人類基因組中最易發(fā)生突變的位點，其中大多數是甲基化的，可自發(fā)地脫去氨基而形成胸腺嘧啶。SNP在動物基因組中分布廣泛,每一個核苷酸發(fā)生突變的概率大約為10-9。由于選擇壓力,SNP在單個基因、整個基因組中以及種群間的分布是不均勻的。SNP在非編碼區(qū)中要多于編碼區(qū),而且在編碼區(qū)也是非同義突變(有氨基酸序列的改變)的頻率比其他方式突變的頻率低得多4。而基因間,同一種基因中的編碼SNP(codingSNP,cSNP)的數目也不相同,可從029個不等。多項研究同時發(fā)現不同種族間SNPs的數目也

5、是不同的,非洲人群及非裔種族中SNPs數量最多,而其他種群的SNPs要少得多,因此通過比較亞群間等位基因的頻率將有助于闡明種族的結構和進化。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，也有可能在基因以外的非編碼序列上?？偟膩碚f，位于編碼區(qū)內的SNP（codingSNP,cSNP）比較少，因為在外顯子內，其變異率僅及周圍序列的1/5.但它在遺傳性疾病研究中卻具有重要意義，因此cSNP的研究更受關注。從對生物的遺傳性狀的影響上來看，cSNP又可分為2種：一種是同義cSNP（synonymouscSNP），即SNP所致的編碼序列的改變并不影響其所翻譯的蛋白質的氨基酸序

6、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-synonymouscSNP），指堿基序列的改變可使以其為藍本翻譯的蛋白質序列發(fā)生改變，從而影響了蛋白質的功能。這種改變常是導致生物性狀改變的直接原因。cSNP中約有一半為非同義cSNP。先形成的SNP在人群中常有更高的頻率，后形成的SNP所占的比率較低。各地各民族人群中特定SNP并非一定都存在，其所占比率也不盡相同，但大約有85%應是共通的。2.SNP自身的特性：1）SNP數量多，分布廣泛。據估計，人類基因組中每1000個核苷酸就有一個SNP，人類30億堿基中共有300萬以上的SNPs.SNP遍布于整個人類基因組中，根據SN

7、P在基因中的位置，可分為基因編碼區(qū)SNPs（Coding-regionSNPs，cSNPs）、基因周邊SNPs（PerigenicSNPs，pSNPs）以及基因間SNPs（IntergenicSNPs，iSNPs）等三類。2）SNP適于快速、規(guī)模化篩查。組成DNA的堿基雖然有4種，但SNP一般只有兩種堿基組成，所以它是一種二態(tài)的標記，即二等位基因（biallelic）。由于SNP的二態(tài)性，非此即彼，在基因組篩選中SNPs往往只需+/-的分析，而不用分析片段的長度，這就利于發(fā)展自動化技術篩選或檢測SNPs。3）SNP等位基因頻率的容易估計。采用混和樣本估算等位基因的頻率是種高效快速的策略。該策略

8、的原理是：首先選擇參考樣本制作標準曲線，然后將待測的混和樣本與標準曲線進行比較，根據所得信號的比例確定混和樣本中各種等位基因的頻率。4）易于基因分型。SNPs的二態(tài)性，也有利于對其進行基因分型。對SNP進行基因分型包括三方面的內容：（1）鑒別基因型所采用的化學反應，常用的技術手段包括：DNA分子雜交、引物延伸、等位基因特異的寡核苷酸連接反應、側翼探針切割反應以及基于這些方法的變通技術；（2）完成這些化學反應所采用的模式，包括液相反應、固相支持物上進行的反應以及二者皆有的反應。（3）化學反應結束后，需要應用生物技術系統(tǒng)檢測反應結果。絕大多數疾病的發(fā)生與環(huán)境因素和遺傳因素的綜合作用有關，通常認為是

9、在個體具有遺傳易感性的基礎上，環(huán)境有害因素作用而導致疾病。不同群體和個體對疾病的易感性、抵抗性以及其他生物學性狀（如對藥物的反應性等）有差別，其遺傳學基礎是人類基因組HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA序列的變異性，其中最常見的是SNP.易感基因的特點是基因的變異本身并不直接導致疾病的發(fā)生，而只造成機體患病的潛在危險性增加，一旦外界有害因素介入，即可導致疾病發(fā)生。另外在藥物治療中，易感基因的變異造成藥物對機體的療效和副作用不同。隨著人類基因組計劃的進展，人們愈來愈相信基因組中的SNP有助于解釋個體的表型差異、不同群體和個體對疾病，特別是對復雜疾病的易感性以及對各種藥

10、物的耐受性和對環(huán)境因子的反應。因此，尋找和研究SNP已成為人類基因組計劃的內容和目標之一。多態(tài)性與突變的區(qū)別1、多態(tài)性是一個群體概念，多態(tài)性指這個差異占群體的1%以上。否則就叫突變（小于1%）2、SNP是多態(tài)性中的一種，只是進一步限定了差異只是單堿基。3、SNP一般來說，是全部體HYPERLINK/html/cell/index.html細胞一樣的基因型（除開嵌合體）。4、突變一般不是一個個體全部HYPERLINK/html/cell/index.html細胞的變化。5、如果突變發(fā)生在生殖HYPERLINK/html/cell/index.html細胞，則可以遺傳，但是只要這個突變群沒有達到總

11、群體的1%，它就只是一個突變株/系。達到了1%就是多態(tài)性了。常用數據庫：HumanGeneMutationDatabase(HGMD)/HYPERLINK/www.uwcm.ac.uk/uwcm/mg/hgmd0.htmlhttp:/www.uwcm.ac.uk/uwcm/mg/hgmd0.html/TheGenomeDatabase(GD)/HYPERLINK/DatabaseofSingleNuleotidePolymorphisms(dbSNP)/HYPERLINK/SNP/SNP/HumanGenomeVariationDatabase(HGVbase)/HYPERLINK/hgvba

12、se.cgb.ki.se/http:/hgvbase.cgb.ki.se/TheSnpConsortium，LTD.（TSC）/HYPERLINK/HYPERLINK/3.SNP現有檢測技術人們對SNP的研究方法進行了許多探索和改進。SNP分析技術按其研究對象主要分為兩大類,即:對未知SNP進行分析,即找尋未知的SNP或確定某一未知SNP與某遺傳病的關系。檢測未知SNP有許多種方法可以使用,如溫度梯度凝膠電泳(TGGE)、變性梯度凝膠電泳(DGGE)、單鏈構象多態(tài)性(SSCP)、變性的高效液相色譜檢測(DHPLC)、限制性片段長度多態(tài)性(RFLP)、隨機擴增多態(tài)性DNA(RAPD)等,但這些方

13、法只能發(fā)現含有SNP的DNA鏈,不能確知突變的位置和堿基類別,要想做到這一點,必須對那些含有SNP的DNA鏈進行測序。對已知SNP進行分析,即對不同群體SNP遺傳多樣性檢測或在臨床上對已知致病基因的遺傳病進行基因診斷。篩查已知SNP的方法有等位基因特異寡核苷酸片段分析(ASO)、突變錯配擴增檢驗(MAMA)、基因芯片技術(genechips)等。由于人類基因工程的帶動,許多物種都已開始了基因組的項目,并建立了大量數據庫,比較這些來自不同實驗室不同個體的序列,就可以檢測到SNP。SNP位點信息已知的情況下，選擇SNP的GENOTYPING的方法，主要根據你的經費情況設計，我分別給你分析一下現狀：

14、A、一般實驗室：經費一般，儀器不具備時，最多用的是以下兩種方法：1、基于PCR的方法，也叫AS-PCR，(ALLELE-SPECIFICPCR)的辦法。主要原理是利用引物在擴增時3端相對高的BASE要求，進行設計。這個方法是最便宜的，不需要酶切，一次PCR就可以得到GENOTYPING的信息。缺點：PCR對于3端的特異性在不同退火溫度時有出入，所以退火溫度的摸索很關鍵，否則假陽性擴增是很容易的。另外，內參照的設置也很重要，這個東西還是很有意思的。而且，所使用的引物位置無法人為調整，只能放在SNP的5段。2、基于酶切分型。依靠限制性內切酶的忠貞性進行單SNP的分型。SNP突變與否，可能影響某個酶

15、識別位點的存在或消失。通過酶切產物的電泳條帶，判斷SNP的突變的情況，即純和，野生純和，和雜和子。當沒有直接可利用的酶切位點時，可以采用突變引物中個別BASE，從而湊成切點的設計，也叫做RG-PCR，restrictionsitegenerationPCR。B、有經費的實驗室的方法：這里我寫幾個自己曾經涉足過的方法，可行性比較強，但是需要相應的經費支持和相應的儀器，但是通量相對更高，效率更好：1、直接測序，基于PCR產物的直接sequencing的方法，比對序列結果，就可以進行SNP的識別和分析。2、分型質譜，華大生物信息平臺那邊可以外接服務，提供PCR產物即可。3、pyro-sequenci

16、ng，微測序，中科院遺傳所王瀝研究員那里有可以聯系的外接服務。4、D-HPLC，變性高效液相色譜法。北京可以去聯系做的地方不少，北京大學生科院有機器，另外北京大學腫瘤研究所也有機器，國家人類基因組陳標那里也有一臺，需要做的話，拿著經費和他們聯系就可以，這個方法也很不錯，價錢可以商量。5、還有些方法，如DNA芯片技術適合對于largescale的SNP的篩查，一般用于組學領域，可能不適用與您的情況。還有許多如熒光共振能量轉移等方法/探針雜交法等，并未在本領域中國內推廣，就不一一介紹了。1）測序主要發(fā)現新的SNP位點和比較集中的SNP位點，如hla區(qū)域，但成本較高，工作量大，不適合大樣本做疾病關聯

17、分析。2）taqman探針結果比較可靠，國外文章也大量應用，不過對于國內成本偏高，同類還有snpshot技術，abi和貝克曼都相應試劑盒。成本和成功率都比taqman要低。3）snp芯片國外大規(guī)模篩查疾病關聯分析常用，illumina和affy都有不同密度的成熟產品，單位點成本很低，但點較多，樣本多時也會很高花費，但結果準確，適合復雜疾病，有實力的項目組一般大型機器點在384-群基因組可以訂制，但成本會高；illumina開發(fā)了一臺小的芯片，極其適合1-384，可以訂制，成本在2-5元/人點，但還沒有很成熟的流程，具體效果和成功率要進一步看。4）剩下的就是傳統(tǒng)方法如酶切，PCR-SSCP等，也

18、有雜志接受，但一般需要測序驗證。缺點是工作量太大，結果不準確，不是所有位點都可以做，但成本很低。目前已有多種方法可用于SNP檢測，如根據HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA列陣的微測序法、動態(tài)等位基因特異的雜交、寡聚核苷酸特異的連接、HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA芯片以及TaqMan系統(tǒng)等。但不管哪一種方法，首先必須進行靶序列的擴增，然后才能進行其它檢測。傳統(tǒng)的SNP檢測方法是采用一些已有的成熟技術，如HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA測序、限制性酶切片段長度多態(tài)性(RFLP)、單鏈構象多態(tài)性(SSCP

19、)、等位基因特異的寡聚核苷酸雜交(ASO)等。這些技術雖在某種程度上能完成對SNP的檢測，但由于它們必須通過凝膠電泳進行檢測，因此，距快速、高效、自動化的目標還相差甚遠。傳統(tǒng)的RFLP只能檢測到SNP的一部分，測序技術既費時費力，又不易實現自動化，而且HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA鏈的二級結構還容易造成人工假相，使測序結果出現偏差，不適宜于SNP的檢測；SSCP則很難滿足自動化的需要，難以大規(guī)模開展工作。因此，這些方法均未被廣泛采用。HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA芯片技術是近年來新開發(fā)的一種HYPERLINK/html/DNA

20、/index.htmlDNA序列變異檢測工具。HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA芯片(HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNAchip),也稱生物芯片(biochip),其大小與計算機上的CPU芯片相似，約1cm2或更大些，以玻璃、硅、聚丙烯等作為載體基片，芯片上鋪了一層肉眼看不見的HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA纖維“地毯”，即具有特定堿基序列的探針。待測基因經提取后，被切成長短不一的片段，經熒光化學物質標記后，注射到嵌有芯片的載片上。由于HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA和探

21、針雜交的程度與熒光強度相關，因此通過激光掃描，即可根據熒光強弱測出被檢測序列的變異。目前已有多家公司開展了對芯片的研究，例如美國的Affymetrix公司、NEN生命科學公司等。前者曾開發(fā)出BRCA1(乳癌基因1號)芯片、p53芯片等，后者則在1張玻璃芯片上集成了多達2400個已知基因。此外，ResearchGenetics公司新近開發(fā)了1個集成有1500個SNP的HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA芯片，它涵蓋了人類基因組全部24條染色體，所提供的信息量至少等于或優(yōu)于目前常用的300400個微衛(wèi)星標記的圖譜，檢測時只需0.5g的HYPERLINK/html/DNA

22、/index.htmlDNA樣品就可進行1次全基因組的掃描。另外Transgenomic公司的WAVE核苷酸片段分析系統(tǒng)是高通量且較為準確可靠的篩查未知、已知SNP的新方法。利用Transgenomic公司的WAVE核苷酸片段分析系統(tǒng)進行SNP檢測平均每個樣本的費用為$0.5。4.當前SNP功能研究主要有以下幾方面：SNP的分型技術可分為兩個時代，一為凝膠時代，二為高通量時代。凝膠時代的主要技術和方法包括限制性酶切片段長度多態(tài)性分析（RFLP）、寡核苷酸連接分析（OLA）、等位基因特異聚合酶鏈反應分析（AS2PCR）、單鏈構象多態(tài)性分析（SSCP）、變性梯度凝膠電泳分析（DGGE），雖然這些技

23、術與高通量時代的技術原理大致一樣，但是由于它不能進行自動化，只能進行小規(guī)模的SNP分型測試，所以必然會被淘汰。高通量時代的SNP分型技術按其技術原理可分為:特異位點雜交（ASH）、特異位點引物延伸（ASPE）、單堿基延伸（SBCE）、特異位點切割（ASC）和特異位點連接（ASL）5種方法。此外，采用特殊的質譜法和高效液相層析法也可以大規(guī)模、快速檢出SNP或進行SNP的初篩。近年來已經在晶體上用“光刻法”實現原位合成，直接合成高密度的可控序列寡核苷酸，使HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA芯片法顯示出強大威力，對SNP的檢測可以自動化、批量化，并已在建立SNP圖譜方面

24、投入實際應用。HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA芯片法有望在片刻之間評價整個人類基因組。1)報告基因轉染技術：這一技術主要用于研究啟動子SNP對于mRNA轉錄效率，是通過觀察轉錄結局來判斷SNP是否具有功能。2)EMSA技術：通過在體外合成含SNP位點的寡核苷酸與轉錄因子特異性結合，觀察結合的強度和效率,但是該技術由于只人工合成較短長度的寡核苷酸，沒有考慮SNP周圍遺傳背景環(huán)境的影響,因此在重復性和說服力上不強。3)ChiP技術：該技術通過超聲將染色體碎片化,再將碎片化的核酸與轉錄因子的結合，最后通過PCR技術觀察判斷結合的效率和強度，該技術克服了EMSA的一些缺

25、點,當前做的文獻較多。5SNP產生功能的機制研究的個人之所見1.對大多數SNP而言，都由于位于一些非編碼區(qū)域而不產生明顯的功能性影響，此時做SNP功能意義不大。2.啟動子SNP研究是做的人最多的，相關實驗技術都比較成熟，其產生功能的機制主要是影響TF與啟動子的的結合能力，從而調控基因的轉錄。3.編碼區(qū)SNP有同義和非同義2種，非同義突變由于會導致氨基酸的變化，從而影響蛋白質的功能，特別是發(fā)生在結構功能區(qū)域的SNP尤其重要，可是這方面的技術還存在瓶頸，做得相當少，據我所知要用什么誘導點突變的方法再去評價蛋白質功能的。至于非同義突變，雖然沒有明顯的功能的分子機制，但是在遺傳學上可能因為與附近的其它

26、致病基因的表達或者SNP連鎖，因此在流行病學上形成陽性結果一般以此解釋。4.內含子區(qū)域SNP產生功能的分子機制一般是與附近其它基因SNP連鎖或者可能影響mRNA的剪接從而影響蛋白質的功能很多研究中做INTRON發(fā)現有陽性結果解釋不了，而且大多只是猜測。PYRO測序用于SNP基因分型其實是一種段片段焦磷酸測序技術，在測序引物的引導下，完成段片段（含snp）的測序，從而實現基因分型。缺點：不能檢測長片段，對于重復序列沒有辦法。原理簡介1.測序引物與單鏈，PCR擴增的DNA模板相結合。然后將其與DNA聚合酶、ATP硫酸化酶、熒光素酶和三磷酸腺苷雙磷酸酶，以及底物APS和熒光素一起孵育。2.四種dNT

27、P之一被加入反應體系，如與模扳配對，此dNTP與引物的末端形成共價鍵，dNTP的焦磷酸基團（PPi）釋放出來。而且釋放出來的Ppi的量與和模板結合的dNTP的量成正比。3.ATPsulfurylase在adenosine5phosphosulfate存在的情況下催化PPi形成ATP，ATP驅動luciferase介導的Luciferin向oxyluciferin的轉化，oxyluciferin發(fā)出與ATP量成正比的可見光信號。光信號由CCD攝像機檢測并由pyrogram反應為峰。每個光信號的峰高與反應中摻入的核苷酸數目成正比。4.TP和未摻入的dNTP由Apyrase降解，淬滅光信號，并再生反

28、應體系。5.然后加入下一種dNTP。最終待測序列順序，即可從反應光強的信號峰中讀出。在此過程之中有幾點值得注意的是，在體系中使用的是dATPS而非dATP，因為dATPS不是熒光素酶的底物，而且DNA聚合酶對dATPS的催化效率更高。而且在系統(tǒng)之中，底物的濃度已經最佳化，使得dNTP的降解速度慢于它的摻入速度，ATP的合成速度快于水解速度，其中三磷酸腺苷雙磷酸酶的特異濃度，可以保證降解完全，使系統(tǒng)復原。RealtimePCR檢測SNP的方法是：針對目標基因片段的突變位點，設計兩條引物，這兩條引物的區(qū)別僅僅是末端的1-2個堿基不同，分別與突變位點匹配。共同的下游引物和探針。然后擴增。就可以得到不

29、同的CT值，根據CT值的不同，來確定基因類型。1、把HYPERLINK/html/protein/index.html蛋白序列對應的核酸序列找到。2、根據核酸序列做BLAST（對dbSNP數據庫HYPERLINK/SNP/snpblastByChr.html/SNP/snpblastByChr.html）。3、結果中，可以得到你的序列上所以已知的SNP。以編碼5-hydroxytryptamine(serotonin)receptor的HTR1A基因為例，先進入entrez，選擇gene選項，在NCBI中搜HTR1A基因，到如下圖界面，點基因縮略圖，然后點graphics。點擊后的界面如下。這

30、里已經很清楚地標明了SNP所在的位置以及對應的核酸與HYPERLINK/html/protein/index.html蛋白序列。但有一點要說明，我注意到這個基因編碼的HYPERLINK/html/protein/index.html蛋白序列與swissprot的序列有一些差別，很可能是收錄的版本不同，或是有些序列是NCBI直接根據orf形成的.1，如果是檢測基因的所有已知的SNP，那么首先要去了解并查詢到這些SNP位點，SNP位點可以通過查詢dbSNP數據庫（HYPERLINK/SNP/SNP/）和TSC（TheSNPConsortium）數據庫（HYPERLINK/），可以獲知基因及上下游鄰

31、近序列的SNP位點。2，至于挑選的原則，可以介紹一下HapMap的正規(guī)化標準：SNPSelectionCriteriaCategory1verifiedThiscontainsallSNPsforwhichwehaveallelefrequencyorgenotypingdata.ThisincludesSNPsfromtheTSCallelefrequencyproject,aswellasSNPscharacterizedbyJSNP.TheseSNPsweregeneratedfromthosersclustersinwhichatleastoneoftheSNPsinthecluste

32、rcontainsgenotypeorallelefrequencydataandtheminorallelemusthavebeenseeninatleasttwoindividuals.Category2two-hitThesearetruedouble-hitSNPs,producedincollaborationwithJimMullikinandSarahHunt.Adouble-hitSNPmustbeseentwice,intwodifferentDNAsampleswhichmusthaveproducedtwoalleles.TSCtracedatawasonlyallowe

33、dtocontributeonehitperallelebecausetheindividualsourceDNAforatracecouldnotbeidentified.Category3jsnp-verified/perlegen-verified”Thiscategorycontainstwogroups:SNPsthatJSNPcertifiesarelikelytoberealbasedonmanualinspectionoftheirdata(buthavenotbeengenotyped)，andSNPsthatPerlegenverifiedindependently.Cat

34、egory4bac-overlapTheseareSNPsfromBACoverlapsthatdonotfallintocategory1or2above基因芯片與SNP分析基因芯片技術作為一種新興的生物技術，近年來得到迅速發(fā)展，其應用具有巨大的潛力。單核苷酸多態(tài)性（SNP）作為新的遺傳標記對基因定位及相關疾病研究的意義亦非常重大。本文主要介紹了HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA芯片技術的原理和分類、單核苷酸多態(tài)性檢測方法及HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA芯片技術在單核苷酸多態(tài)性檢測方面的應用。生物芯片技術是90年代初發(fā)展起來的，

35、集分子生物學、微電子技術、高分子化學合成技術和計算機科學等于一身的一門新型技術。目前發(fā)展的生物芯片種類繁多，如蛋白質芯片、基因芯片、激素芯片、藥物芯片等。但最初的生物芯片主要用于對HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA的測序，基因表達譜的鑒定及基因突變體的檢測、分析等方面。迄今為止，使用最多的也是HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA芯片。HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA水平遺傳多態(tài)性標記至今已經歷了3個階段:限制性酶切片段長度多態(tài)性標記（RFLP）、HYPERLINK/html/DNA/index.htmlD

36、NA重復序列的多態(tài)性標記（包括小衛(wèi)星、微衛(wèi)星HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA重復序列）、單核苷酸多態(tài)性標記（singlenucleotidepolymorphisms，SNPs）。SNP具有數量多，分布廣泛，易于快速、規(guī)模化篩查，便于基因分型等特點。伴隨著SNP檢測和分析技術的進一步發(fā)展，尤其是與HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA芯片等技術的結合，SNPs在基因定位中具有巨大優(yōu)勢和潛力，并為HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA芯片應用于遺傳作圖提供了基礎。由于基因芯片具有攜帶信息量大和檢測方便的特點，使得

37、用HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA芯片對SNP進行分析具有廣闊的前景。HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA芯片和SNP分析已日益成為研究功能基因組學的工具。1、基因芯片基因芯片的基本原理是應用已知的核苷酸序列作為探針與標記的靶核苷酸序列進行雜交，通過對信號的檢測進行定性與定量分析?；蛐酒稍谝晃⑿〉幕ü杵?、玻片等）表面集成大量的分子識別探針，能夠在同一時間內平行分析大量基因，進行大信息量的檢測分析?；蛐酒瑧煤軓V，根據所用探針類型不同分為cHYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA微陣列（或cHYPERL

38、INK/html/DNA/index.htmlDNA微陣列芯片）和寡核苷酸陣列（或芯片），根據應用領域不同而制備的專用芯片如毒理學芯片（toxchip）、病毒檢測芯片（如肝炎病毒檢測芯片）、p53基因檢測芯片等。根據其作用可分為檢測基因質和量的芯片。量的檢測包括:檢測mRNA水平、病原體的有無及比較基因組基因的拷貝數，既可用寡核苷酸芯片，又可用cHYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA芯片完成，但cHYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA芯片更具優(yōu)勢。質的檢測包括:HYPERLINK/html/DNA/index.htmlDNA測序及再測序、基因

39、突變和SNP檢測等，主要用寡核苷酸芯片完成。巢式PCR-RFLP技術“巢式HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR-RFLP是針對任意的基因分型技術，使任何位點最終都能進行常規(guī)限制性內切酶鑒定；同時該SNP分型技術利用巢式HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR技術，使得多個位點同時進行分析成為可能。即使低濃度的DNA也能夠進行快速準確的分型工作。與現有常規(guī)的分型技術相比，其最大的優(yōu)勢包括：(一)所需DNA濃度低。1-2ng/uL也能完成檢測工作，而Taqman技術所需的DNA含量至少5ng/uL。(二)價格低。由于不需要合成熒光探針，使得該技術

40、比Taqman技術價格低，該優(yōu)勢在對多個位點同時進行分型時更明顯。技術基本原理和實例采用的巢式HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCRRFLP分型技術，其基本原來是利用HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR引物的3端，對SNP位點附近的堿基進行人為改造，產生一個常規(guī)的限制性內切酶識別序列，如SNPrs1321425（rs1321425來自NCBI的refSNP數據庫）的C/G，其任何一個堿基和上下游堿基無法形成一個可直接被限制性內切酶識別的序列，于是我們對SNP位點前的上游堿基進行改造，通過對序列的分析和HYPERLINK/html/PCR/i

41、ndex.htmlPCR效果的計算，我們將原本四個堿基AGAT改成CTGC，結合后一個堿基A以及SNP位點G，形成CTGCAG（PstI）酶切識別位點，經測序和序列對比，改造成功。又比如rs9309462和rs4646642，成功的將2個堿基，3個堿基進行成功的改造。rs1321425TCACAAAAAATAAAAAATTTTAATTTTAAAGGAGATAC/GACAAGAAATGAGCATGTGTGAAAGCACTTCTGTAAACTACATGCACTAAT與Taqman技術和普通技術的詳細對比分型技術HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR-RFLP技術Taqma

42、n技術普通HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR-RFLP技術最佳運用時機200-600樣本，任何DNA多態(tài)位點樣本量大于500人份僅適合含有現成酶切位點的多態(tài)位點的分型試劑投入低熒光探針，需3000-4000元。有可能實驗失敗需重新花錢設計熒光探針。低技術的適用性可適合任何多態(tài)位點的分型基本適合任何多態(tài)位點的分型，但有時若干位點不能成功進行試驗；當分型位點過于接近也不能用該方法。僅適合含有現成酶切位點的多態(tài)位點的分型，有時出現的是一些稀有酶的酶切位點，導致效率低下或費用昂貴；結果判斷直觀，明確，穩(wěn)定間接，每管反應必須加熒光參照ROX，否則結果判斷不確定一般直觀，明確

43、；有時酶切位點出現在非主頻等位基因上，導致結果判讀困難結果穩(wěn)定性穩(wěn)定一般穩(wěn)定結果準確性準確度高一般準確度高樣本消耗量1-2ng5-10ng50100ng實驗耗時2-3周由于要定制MGB熒光探針，和預實驗，也需要2-3周2-3周操作流程1基本信息收集具體內容包括客戶信息、樣本數(case,control)數、位點信息等。2位點信息的查詢主要包括：2.1位點上下游各300bp的確切序列，基因頻度;2.2有無文獻報道證明該位點多態(tài)存在于中國人群;2.3如無上述相關文獻，在J-SNP數據庫中查詢該位點多態(tài)是否存在于東亞人群中。為了保證結果的可靠，實驗方案設計原則上應以野生型進行酶切鑒定，因此確認snp

44、的頻度是非常重要的。3樣品質控從全部樣品中取8%樣品，即96個樣品中取8個樣品，用我們的一對特異的HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR引物進行樣品質控，以檢測送來樣品是否良好。因為客戶樣品質量是實驗成功的關鍵因素之一，只有客戶提供的樣品質量可靠穩(wěn)定，那么結果自然就好。4引物設計同時設計AB兩套方案，分別以正鏈和負鏈為模板設計引物。5單管測試進行實驗方案可行性嘗試，首先要在多種溫度，多種Mg離子、多種添加劑加入的情況下進行方案的可行性測試，對于所有單管測試的結果都送去測序，以保證序列的正確性，在實驗結果得到確認的基礎上，挑選穩(wěn)定的方案進入中試過程。6中試抽取8個樣品做

45、小規(guī)模批量實驗，以模擬和檢查批量HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR情況和酶切情況。7大規(guī)模實驗準備將DNA模板按方案進行一次性分板(有冗余)，并引入陽性和陰性對照，同時將所有相關的HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR體系進行一次性大規(guī)模分裝，防止污染。8第一板數據先用一板模板進行一輪HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR和酶切，以檢驗體系和分板的情況。9正式實驗相關技術要點1實驗設計必需保證野生型的被限制性內切酶切開因為對于只有少量突變型的SNP位點，如果突變型被切開，那么所得到的實驗結果就是大量沒有被酶切開的

46、HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR產物，而這個結果與酶切實驗失敗的結果非常類似，不易區(qū)分，對結果的判讀造成很大的麻煩，因此保證了主頻堿基被解開，從根本上保證了實驗的可靠性。2偏向性擴增的解決。所謂偏向性擴增是因為SNP位點上會往往存在嘌吟和嘧啶的替換，在HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR過程中，聚合反應對嘧啶(C或T)比較敏感，使得嘌吟(A或T)的擴增非常少，而出現偏向性擴增，這在SNP位點附近嘌吟含量較高時特別明顯。為此，本公司專門設計一個方案，用以克服偏向性擴增。3方案設計中的內切酶的選擇雖然從理論上，我們的方案可以進行任意位點改

47、造，但事實上在改造過程中會出現一系列的問題，包括擴增效率，堿基劃移等一系列問題，使得改造方案失敗。對此，我們公司專業(yè)開發(fā)了一個引物設計軟件，通過運算獲得最佳的改造方案，同時通過在正向和反向序列上同時設計方案，以保證試驗的成功。4HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR產物的污染問題在大規(guī)模的HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR過程中，最嚴重的問題是HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR產物污染，據我們經驗總結，80以上的污染是由于接觸式污染，剩余的污染則包括氣溶膠污染等環(huán)境造成的污染。對于HYPERLINK/html

48、/PCR/index.htmlPCR污染這個問題，本公司制訂了嚴格的實驗措施，具體包括使用濾芯搶頭、所有HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR體系全部分裝、HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR體系與各類模板嚴格分離、配置體系人員與接觸HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR產物人員嚴格分離等一系列措施，同時在處理HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR管，eppendorf管時也規(guī)定了詳細的操作過程。5關于質量控制問題在每板HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR過程中

49、，我們會放入兩個陰性對照和一個重復對照，以確認HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR的過程中不會產生污染和HYPERLINK/html/PCR/index.htmlPCR的結果確實可信。RFLP技術一、材料基因組DNA(大于50kb,分別來自不同的材料)。二、設備電泳儀及電泳槽，照相用塑料盆5只，玻璃或塑料板(比膠塊略大)4塊，吸水紙若干，尼龍膜(依膠大小而定)，濾紙，eppendorf管(0.5ml)若干。三、試劑：1、限制性內切酶(BamH,EcoR,Hind,Xba)及10酶切緩沖液。2、5TBE電泳緩沖液：配方見第一章。3、變性液：0.5mol/LNaOH，1

50、.5mol/LNaCl。4、中和液：1mol/LTrisCl,pH7.5/1.5mol/LNaCl。5、10SSC：配方見第九章。6、其它試劑：0.4mol/LNaOH，0.2mol/LTrisCl,pH7.5/2SSC，ddH2O，Agarose0.8%，0.25mol/LHCl。四.操作步驟1.基因組DNA的酶解(1)大片斷DNA的提取詳見基因組DNA提取實驗,要求提取的DNA分子量大于50kb,沒有降解。(2)在50l反應體系中,進行酶切反應:5g基因組DNA5l10酶切緩沖液20單位（U）限制酶(任意一種)加ddH2O,至50l(3)輕微振蕩,離心,37反應過夜。(4)取5l反應液,0

51、.8瓊脂糖電泳觀察酶切是否徹底，這時不應有大于30kb的明顯亮帶出現。注意未酶切的DNA要防止發(fā)生降解,酶切反應一定要徹底。2.Southern轉移（1）酶解的DNA經0.8瓊脂糖凝膠電泳(可18V過夜)后EB染色觀察。（2）將凝膠塊浸沒于0.25mol/LHCl中脫嘌呤,10分鐘。（3）取出膠塊,蒸餾水漂洗,轉至變性液變性45分鐘。經蒸餾水漂洗后轉至中和液中和30分鐘。（4）預先將尼龍膜,濾紙浸入水中,再浸入10SSC中,將一玻璃板架于盆中鋪一層濾紙(橋)然后將膠塊反轉放置,蓋上尼龍膜,上覆二層濾紙,再加蓋吸水紙,壓上半公斤重物,以10SSC鹽溶液吸印,維持18-24小時。也可用電轉移或真空

52、轉移。（5）取下尼龍膜,0.4mol/LNaOH30秒,迅速轉至0.2mol/LTrisCl,pH7.5/2SSC,溶液中,5分鐘。（6）將膜夾于2層濾紙內,80真空干燥2小時。（7）探針的制備和雜交見第九章分子雜交部分。注意1、步驟（2）中脫嘌呤時間不能過長。2、除步驟（1）、（4）、（5）外,其余均在搖床上進行操作。3、步驟（4）中,當尼龍膜覆于膠上時,絕對防止膠與膜之間有氣泡發(fā)生,加蓋濾時也不應有氣泡發(fā)生。4、有時用一種限制性內切酶不能發(fā)現RFLP的差異，這時應該試用另一種酶PCR產物的電泳檢測時間一般為48h以內，有些最好于當日電泳檢測，大于48h后帶型不規(guī)則甚致消失。一.假陰性，不出

53、現擴增條帶PCR反應的關鍵環(huán)節(jié)有模板核酸的制備，引物的質量與特異性，酶的質量及活性PCR循環(huán)條件。尋找原因亦應針對上述環(huán)節(jié)進行分析研究。模板：模板中含有雜蛋白質，模板中含有Taq酶抑制劑，模板中蛋白質沒有消化除凈，特別是染色體中的組蛋白，在提取制備模板時丟失過多，或吸入酚。模板核酸變性不徹底。在酶和引物質量好時，不出現擴增帶，極有可能是標本的消化處理，模板核酸提取過程出了毛病，因而要配制有效而穩(wěn)定的消化處理液，其程序亦應固定不宜隨意更改。酶失活：需更換新酶，或新舊兩種酶同時使用，以分析是否因酶的活性喪失或不夠而導致假陰性。需注意的是有時忘加Taq酶或溴乙錠。引物：引物質量、引物的濃度、兩條引物

54、的濃度是否對稱，是PCR失敗或擴增條帶不理想、容易彌散的常見原因。有些批號的引物合成質量有問題，兩條引物一條濃度高，一條濃度低，造成低效率的不對稱擴增，對策為：選定一個好的引物合成單位。引物的濃度不僅要看OD值，更要注重引物原液做瓊脂糖凝膠電泳，一定要有引物條帶出現，而且兩引物帶的亮度應大體一致，如一條引物有條帶，一條引物無條帶，此時做PCR有可能失敗，應和引物合成單位協商解決。如一條引物亮度高，一條亮度低，在稀釋引物時要平衡其濃度。引物應高濃度小量分裝保存，防止多次凍融或長期放冰箱冷藏部分，導致引物變質降解失效。引物設計不合理，如引物長度不夠，引物之間形成二聚體等。Mg2+濃度：Mg2+離子

55、濃度對PCR擴增效率影響很大，濃度過高可降低PCR擴增的特異性，濃度過低則影響PCR擴增產量甚至使PCR擴增失敗而不出擴增條帶。反應體積的改變：通常進行PCR擴增采用的體積為20ul、30ul、50ul?；?00ul，應用多大體積進行PCR擴增，是根據科研和臨床檢測不同目的而設定，在做小體積如20ul后，再做大體積時，一定要模索條件，否則容易失敗。物理原因：變性對PCR擴增來說相當重要，如變性溫度低，變性時間短，極有可能出現假陰性;退火溫度過低，可致非特異性擴增而降低特異性擴增效率退火溫度過高影響引物與模板的結合而降低PCR擴增效率。有時還有必要用標準的溫度計，檢測一下擴增儀或水溶鍋內的變性、

56、退火和延伸溫度，這也是PCR失敗的原因之一。靶序列變異：如靶序列發(fā)生突變或缺失，影響引物與模板特異性結合，或因靶序列某段缺失使引物與模板失去互補序列，其PCR擴增是不會成功的。1假陽性出現的PCR擴增條帶與目的靶序列條帶一致，有時其條帶更整齊，亮度更高。引物設計不合適：選擇的擴增序列與非目的擴增序列有同源性，因而在進行PCR擴增時，擴增出的PCR產物為非目的性的序列。靶序列太短或引物太短，容易出現假陽性。需重新設計引物。靶序列或擴增產物的交叉污染：這種污染有兩種原因：一是整個基因組或大片段的交叉污染，導致假陽性。這種假陽性可用以下方法解決：操作時應小心輕柔，防止將靶序列吸入加樣槍內或濺出離心管

57、外。除酶及不能耐高溫的物質外，所有試劑或器材均應高壓消毒。所用離心管及樣進槍頭等均應一次性使用。必要時，在加標本前，反應管和試劑用紫外線照射，以破壞存在的核酸。二是空氣中的小片段核酸污染，這些小片段比靶序列短，但有一定的同源性?？苫ハ嗥唇?，與引物互補后，可擴增出PCR產物，而導致假陽性的產生，可用巢式PCR方法來減輕或消除。2出現非特異性擴增帶PCR擴增后出現的條帶與預計的大小不一致，或大或小，或者同時出現特異性擴增帶與非特異性擴增帶。非特異性條帶的出現，其原因：一是引物與靶序列不完全互補、或引物聚合形成二聚體。二是Mg2+離子濃度過高、退火溫度過低，及PCR循環(huán)次數過多有關。其次是酶的質和量

58、，往往一些來源的酶易出現非特異條帶而另一來源的酶則不出現，酶量過多有時也會出現非特異性擴增。其對策有：必要時重新設計引物。減低酶量或調換另一來源的酶。降低引物量，適當增加模板量，減少循環(huán)次數。適當提高退火溫度或采用二溫度點法(93變性，65左右退火與延伸)。3出現片狀拖帶或涂抹帶PCR擴增有時出現涂抹帶或片狀帶或地毯樣帶。其原因往往由于酶量過多或酶的質量差，dNTP濃度過高，Mg2+濃度過高，退火溫度過低，循環(huán)次數過多引起。其對策有：減少酶量，或調換另一來源的酶。減少dNTP的濃度。適當降低Mg2+濃度。增加模板量，減少循環(huán)次數。二.PCR污染與對策PCR反應的最大特點是具有較大擴增能力與極高

59、的靈敏性，但令人頭痛的問題是易污染，極其微量的污染即可造成假陽性的產生。污染原因(一)標本間交叉污染:標本污染主要有收集標本的容器被污染，或標本放置時，由于密封不嚴溢于容器外，或容器外粘有標本而造成相互間交叉污染;標本核酸模板在提取過程中，由于吸樣槍污染導致標本間污染;有些微生物標本尤其是病毒可隨氣溶膠或形成氣溶膠而擴散，導致彼此間的污染。(二)PCR試劑的污染:主要是由于在PCR試劑配制過程中，由于加樣槍、容器、雙蒸水及其它溶液被PCR核酸模板污染.(三)PCR擴增產物污染:這是PCR反應中最主要最常見的污染問題，因為PCR產物拷貝量大(一般為1013拷貝/ml)，遠遠高于PCR檢測數個拷貝

60、的極限，所以極微量的PCR產物污染，就可造成假陽就可形成假陽性。還有一種容易忽視，最可能造成PCR產物污染的形式是氣溶膠污染;在空氣與液體面摩擦時就可形成氣溶膠，在操作時比較劇烈地搖動反應管，開蓋時、吸樣時及污染進樣槍的反復吸樣都可形成氣溶膠而污染.據計算一個氣溶膠顆粒可含48000拷貝，因而由其造成的污染是一個值得特別重視的問題.(四)實驗室中克隆質粒的污染:在分子生物學實驗室及某些用克隆質粒做陽性對照的檢驗室，這個問題也比較常見。因為克隆質粒在單位容積內含量相當高，另外在純化過程中需用較多的用具及試劑，而且在活細胞內的質粒，由于活細胞的生長繁殖的簡便性及具有很強的生命力，其污染可能性也很大